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.     

焊点疲劳寿命的量化评价方法及其影响因素

焊点蠕变疲劳是电子产品破坏中一种最主要的形式,对焊点疲劳寿命的量化评价是电子产品可靠性分析中的关键环节。总结了IPC标准中的焊点蠕变疲劳模型,然后利用实例说明了如何在实际使用中对焊点寿命进行分析和预计,最后重点讨论了模型中的6个相关参数对焊点疲劳寿命及参数设计优化所带来的影响。分析表明,当有、无引脚器件的焊点间距分别大于1.143 0与0.063 5 cm时,器件的疲劳寿命均随引脚间距变大而急剧减小;此外,热失配仍然是影响焊点疲劳寿命的主要因素。     

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。     

底部填充物对CSP-LED芯片抗跌落性能研究

为了提高芯片级封装发光二极管(CSP-LED)焊点疲劳寿命,利用有限元仿真软件ABAQUS模拟计算了CSP-LED芯片在跌落冲击载荷下焊点的塑性应变,并研究了裂纹拓展趋势。以焊点失效前跌落次数为指标,利用Coffin-Manson经验公式计算焊点寿命,研究了底部填充物对CSP-LED芯片在不同冲击载荷下焊点寿命的影响。结果表明,随着冲击载荷增大,焊点疲劳寿命减少,使用填充物能使芯片焊点寿命提高4~6倍,其影响通过跌落实验和仿真结果的对比得到了验证。     

银含量对随机振动条件下无铅焊点可靠性的影响

为了探究银含量对无铅焊点在随机振动条件下的可靠性的影响,对Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-1.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu三种不同Ag含量材料的焊点做窄带范围内的随机振动疲劳实验,并对失效焊点进行分析。结果表明:三种材料焊点的失效位置基本都在靠近PCB侧,最外围焊点最容易失效,失效模式均为脆性断裂,并且随着Ag含量的降低,金属间化合物的厚度逐渐减小,焊点的疲劳寿命逐渐延长。     

承载式车身焊点疲劳寿命分析研究

文中针对某承载式车身焊点结合疲劳寿命虚拟分析技术与强化耐久试验进行了比较研究。根据疲劳寿命分析理论,采用经模态试验验证了其精度及有效性的模型,结合多体动力学分析得到的载荷谱,对车身焊点的疲劳寿命进行预测分析;并与强化疲劳耐久试验结果进行了比较,分析了造成车身焊点低寿命区域的原因并提出了改进方案,从而有效解决了该车车身焊点疲劳寿命设计中存在的缺陷,为后续设计与优化提供了参照。     

片式元件焊点的热循环应力应变模拟技术研究

采用ANSYS软件,以0402片式元件焊点为对象,系统探讨了焊点热应变损伤的有限元仿真方法,分析了焊点在热循环过程中的应力应变响应,并基于修正的Coffin-Manson方程,预测了焊点的热疲劳寿命。结果显示:焊点应力集中区域和应变最大区域均位于焊点与PCB焊盘的交界面,基于应变失效原则,推断焊点裂纹将在此界面萌生和扩展,直至失效。指出了焊点有限元热应变损伤模拟技术的不足及未来的研究方向。     

Pb90Sn10焊点硅基器件与PCB板组装的温循可靠性研究

采用有限元仿真和实验两者相结合的方法,对-40～70℃使用环境下的Pb₉₀Sn₁₀焊点硅基器件与PCB板组装的组件,选择-55～85℃温度循环条件进行可靠性分析和研究。Anand模型仿真分析焊点在温循下应力应变行为,提取模型焊点在最后一个温度循环结束时的等效塑性应变分布并进行分析,确定最易发生热疲劳失效的关键焊点和关键位置。基于Coffin-Manson方程对热循环条件下焊点的服役寿命和失效模式进行预测。仿真结果表明焊点失效机理为热疲劳失效,失效模式为焊点开裂,失效循环周期为3 984 cycles。实验表明：温度循环500次,未出现焊点裂纹、空洞等缺陷;温度循环2 000次后焊点形貌由球形变为椭球形,焊点未出现明显缺陷。     

SiP模块键合线疲劳寿命预测及可靠性分析北大核心

针对SiP中键合线易疲劳失效问题,为提高键合线模块可靠性,展开疲劳寿命预测研究。梳理了键合线的常见失效机理和温循实验中瞬态热力耦合原理;对整体模块进行对称简化建立有限元模型,并对单根键合线进行参数化建模,在相同的温度循环载荷下,对比研究了键合线的直径、拱高、一二焊点的水平和垂直间距四种结构参数的等效应力、塑性应变幅值;建立了键合线模块的疲劳寿命模型,揭示了键合线结构参数对可靠性的影响。结果表明,键合线易失效点集中在焊点颈部和足底部分;在一定范围内,减小键合线的直径、减小一二焊点间水平和垂直间距、增加键合线的拱高,可提高键合线结构的可靠性,延长疲劳寿命。     

TSV封装通孔形态参数对焊点热疲劳寿命的影响

使用ANSYS有限元软件建立简化的基于硅通孔技术互连的二维结构模型,用粘塑性本构Anand方程来描述SnPb钎料焊点的力学行为,针对模型中的焊球进行热力耦合计算,研究热循环过程中的热失效问题.根据模拟的温度场、应力应变场找到危险焊点位置,利用修正Coffin-Manson经验方程估算危险焊点的热疲劳寿命,并且讨论了模型中通孔直径、深度和间距等参数对焊点热疲劳寿命的影响.结果表明,在只改变单一参数的情况下,焊点疲劳失效周期通孔各参量值的增加均呈现出下降的趋势,其中通孔直径和通孔间距的大小对焊点的使用寿命影响较大.