振动载荷下电路板级焊点失效信号表征及分析

针对板级焊点在振动载荷下的失效问题,搭建了具有焊点电信号监测功能的振动加速失效实验平台,在定频定幅简谐振动实验的基础上,对表征信号进行分析,通过电阻信号峰值标定焊点的失效程度.实验结果表明,焊点失效初期呈现为3个阶段,每个阶段包含电阻变化的平缓区间和陡变区间.随着3个阶段的改变,焊点低阻值区间振动循环数递减,焊点高阻值区间振动循环数递增.在此基础上,以电阻均值表征焊点平均失效程度,建立了表征焊点振动疲劳寿命的多项式模型,可以描述不同阶段焊点阻值和振动循环数的关系.     

电路板级互连焊点故障监测和预警

针对互连焊点在长期应力作用下的蠕变失效,探讨了焊点阻值退化的一般性趋势,在此基础上提出了一种基于电阻电桥原理的焊点故障监测和预警电路设计方案,并基于电子产品可靠性保障工程应用,讨论了电路板级互连焊点故障监测和预警电路的实现路径的方法。嵌入式监测电路在电阻缓慢退化阶段和快速退化阶段设置合理的监测起始和终止点,适合对服役中的焊点健康状况进行实时监测和评估。同时,电路具有预警功能,在焊点电性能退化的初期发出预警,并实时采集焊点阻值数据用于焊点剩余寿命的预测,以实现焊点退化的及时预警和退化焊点剩余寿命的预计。     

温度与振动耦合条件下的电路板级焊点失效模式与疲劳寿命分析

基于正交试验法研究不同温度与振动耦合条件下的板级焊点失效行为与模式,采用L₉（34）混合水平正交表设计了不同温度（T）、加速度功率谱密度（PSD）与频率（V）条件下的加速寿命试验,结果表明三者对焊点可靠性影响程度为T>PSD>V,且温度是影响焊点失效模式的主要因素,随温度的升高,焊点裂纹逐渐从近封装侧的界面金属化合物（IMC）层向钎体内部扩展,焊点失效模式从脆性断裂向韧性断裂演化.基于焊点失效数据分析,发现焊点疲劳寿命对数值与PCB板背侧最大应变范围存在关联关系,并采用多项式拟合的方法建立了焊点疲劳寿命模型,拟合结果显示,该模型能较好的评估温度与振动耦合条件下的焊点寿命,预测精度较高.     

大功率晶体管BUX10的退化试验与特性分析

大功率晶体管在工作过程中会出现正向电流传输比、饱和压降以及集电极-基极反向击穿电压等参数的退化现象。在此针对BUX10进行试验与特性研究。通过对BUX10进行长时间退化试验得到退化数据,利用Matlab进行常用模型的退化轨迹拟合,通过比较各拟合轨迹的拟合优度,选取拟合最优的退化模型推算出伪失效寿命,然后利用退化试验数据的可靠性分析方法得到产品相应的可靠性信息。     

基于信号包络的灰色模型的滚动轴承故障预测

提出了一种基于信号包络的退化特征量提取方法,对滚动轴承全寿命周期振动信号进行EMD分解,找出各阶段与原始信号相关度最大的内蕴模式分量,对此内蕴模式分量进行包络谱分析,预测滚动轴承故障开始发生的时间及部位,并计算此内蕴模式分量包络的幅值均值,将其作为刻画轴承健康状态的退化特征量,形成退化特征序列,根据经验设定轴承失效对应的退化特征量阀值.用退化特征量序列训练新陈代谢灰色模型,用此模型预测退化特征量的变化趋势,估计退化特征量到达阀值的时间,并据此来预测滚动轴承的疲劳寿命.通过对ZA-2115双列轴承试验分析,结果表明,此种退化特征量提取方法结合灰色预测方法可以有效地预测出滚动轴承故障开始发生的时间、部位以及疲劳寿命.     

随机振动下不同结构参数的PCBA可靠性研究

为减小振动因素对产品失效的影响,改进PCBA组件的结构参数,提高PBGA(塑料球栅阵列)振动可靠性。采用有限元法,运用模态分析,得出结论:固支数目越多,焊点的振动可靠性越好。此外,利用随机振动模块,分析了板级振动条件下,焊点位置、焊点材料、PCB厚度、BGA焊点高度对可靠性的影响,并且利用焊点的疲劳寿命模型计算出关键焊点的疲劳寿命。结果表明:焊点最容易失效的位置位于焊点的顶角处;相比于Pb90Sn10、Sn63Pb37、Mix、SAC387这四种材料,SAC305的疲劳寿命最高;PCB的厚度和焊点的疲劳寿命成正比;焊点高度和焊点的疲劳寿命成反比。     

基于生成对抗网络的轴承失效信号生成研究

在基于数据驱动的机械系统故障诊断领域中,关于特征提取和诊断模型已经取得了一定的进展。但在整套诊断进程中,失效信号的缺失一直是诊断中不可避免的问题。结合在图像处理领域卓有成效的GAN模型,文中以生成信号和真实信号间的概率分布对比作为部分超参数的选择依据,以轴承正常阶段信号作为模型的输入信号,以轴承仿真信号作为生成的目标,同时结合正常阶段的机械特性和仿真信号的故障特性进行失效信号的生成。通过概分布、包络谱、峭度及裕度特征的全寿命拟合曲线等方法验证了生成的信号比仿真信号更接近真实失效信号。     

振动载荷下特种设备中电路板级焊点疲劳寿命预测

基于内聚力模型,提出一种用于振动载荷下特种设备中电路板级焊点疲劳寿命预测的介观尺度模型。将单调载荷与振动周期载荷相结合,建立焊点累积损伤参数来表征焊点的剩余疲劳寿命,利用焊点损伤累积率来表征焊点损伤演化规律。以Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)细间距无铅焊点为例分析了模型参数确定方法,并通过振幅为5 mm与10 mm的定频振动试验对模型的预测精度进行了验证,寿命预测结果误差小于10%。由于模型参数为焊点钎料累积塑性应变的固有函数,与焊点尺寸与几何形态无关,通过小样本试验,数据一经确定即可应用于同种钎料不同尺寸焊点在不同振动等级下的疲劳寿命预测,节约了时间与试验成本,该模型能为特种设备中的电子组件提供一种评估板级焊点疲劳寿命的简洁、实用方法。     

随机振动载荷下板级焊点失效模式分析

通过搭建振动加速失效实验平台,完成了芯片中板级焊点的失效实验。在此基础上,对焊点进行电镜观察分析,以确定焊点在振动载荷下的失效模式。结果表明,内部焊点基本没有裂纹扩展迹象,裂纹集中于最外侧角的焊点,焊点的损伤程度分布从内至外呈递增趋势。裂纹的分布集中于PCB板侧和芯片侧的IMC层区域,即在焊点两侧的钎料疏松部位,并沿着IMC层区域的Cu₆Sn₅晶粒方向进行穿晶、沿晶扩展。裂纹的扩展接近于贯穿时,易发生瞬间脆性断裂。     

功率器件封装中铝引线焊点剥离失效机制研究

比较回流焊前后两组器件样品的电学测量结果,并结合样品的失效分析,发现引线框架氧化也是导致焊点剥离失效的一个重要因素,而且回流焊工艺下的热机械效应,会加速原先潜在的焊点剥离失效的发生.样品的连接性测试发现,在低峰值交流测试电压下显示开路,而高峰值测试电压下显示正常,可以将其归结为典型的焊点剥离失效的测试现象.发现引线键合前的等离子清洗可以减少焊点剥离失效,并可使焊点的剪切强度提高25%.