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移动电子设备在使用中经常发生失手跌落或其他冲击载荷作用,在冲击载荷作用下电子封装中的焊锡接点成为最容易发生破坏的部位,研究焊锡接点在跌落/冲击作用下的力学行为成为移动电子产品可靠性设计的关键问题。
使用ANSYS/LS-DYNA软件建立板级封装有限元模型,采用Input-G计算方法,研究了不同约束条件对PCB板变形和焊锡接点应力的影响,并对焊点应力及其与PCB板变形之间的关系进行了讨论;通过在时域和频域中对焊锡接点的动力响应进行分析,研究了焊点应力产生的机理,并对焊点应力曲线的天性特征进行了讨论,论证了采用静力学等效方法快速评估焊点应力的可行性。
比较研究了采用弹性和运动硬化双线性弹塑性应力应变关系时焊锡接点的动力学响应。结果表明,在两种材料模型下焊点的剥离应力相差近65%;在弹塑性材料模型中,塑性应变在总应变中占主导地位。因此,在用数值模拟方法研究封装跌落冲击过程中焊点的响应时,必须考虑焊点的塑性变形。
分别采用三种不同焊锡材料,Sn-4Ag-0.5Cu,Sn-3-5Ag,Sn-37Pb,进行了比较分析。结果表明,在相同的跌落/冲击条件下,无铅焊点的应力要比含铅焊点的应力高:三种材料中,含铅Sn-37Pb焊点在跌落/冲击中的塑性应变最大。
本文研究的结论有助于电子封装工程师了解PCB板的变形情况和电子器件在跌落/冲击条件下焊点破坏的机理,为产品的可靠性设计提供依据。