【摘 要】
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板级电路模块在再流焊冷却过程中,由于各器件的封装体与印制电路板(PCB)热膨胀系数不匹配所引起的形变进而产生的应力基本由焊点承担,使得焊点成为封装结构中最为薄弱的环节,尤其是无引脚表面贴装器件与具有引脚的表面贴装器件焊点相比,无引脚贴装器件服役可靠性明显低于有引脚的表面贴装器件。因此对板级电路模块焊点在再流焊冷却过程应力应变开展相关研究有其必要性。首先,基于ANSYS建立了两块不同的板级电路模块焊
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板级电路模块在再流焊冷却过程中,由于各器件的封装体与印制电路板(PCB)热膨胀系数不匹配所引起的形变进而产生的应力基本由焊点承担,使得焊点成为封装结构中最为薄弱的环节,尤其是无引脚表面贴装器件与具有引脚的表面贴装器件焊点相比,无引脚贴装器件服役可靠性明显低于有引脚的表面贴装器件。因此对板级电路模块焊点在再流焊冷却过程应力应变开展相关研究有其必要性。首先,基于ANSYS建立了两块不同的板级电路模块焊点有限元模型,分别对其进行了再流焊冷却过程应力应变分析,对板级电路模块一的QFN焊点和板级电路模块二的BGA焊点进行了单因素分析和正交分析。结果表明:再流焊冷却过程中板级电路模块焊点应力应变分布不均匀,模型中最大应力应变出现的位置分别为板级电路模块一的QFN焊点和板级电路模块二的BGA焊点;研究板级电路模块焊点单因素变化对焊点再流焊冷却应力应变影响时,QFN和BGA焊点应力应变随着焊点材料变化而变化,焊点材料为SAC305时,QFN和BGA焊点应力均最小;在研究的QFN焊盘长度范围内,QFN焊点应力应变随着焊盘长度的增加而增加;在研究的QFN焊盘宽度范围内,QFN焊点应力应变随着焊盘宽度增加而减小;在研究的BGA焊点直径范围内,BGA焊点应力应变随着焊点直径增大而减小;在研究的BGA焊点高度范围内,BGA焊点应力应变随着焊点高度增大而增大;在研究的BGA焊点间距范围内,BGA焊点应力应变随着焊点间距增大而增大。在置信度为90%的情况下,QFN焊点材料和焊点间隙高度对焊点应力影响显著;在置信度为95%的情况下,BGA焊点材料和焊点直径对焊点应力影响显著。其次,结合响应面与遗传算法对焊点的结构参数进行优化,并对最优结构参数水平组合的焊点进行了仿真验证结果表明:板级电路模块一的QFN焊点优化后的结构参数分别为焊盘长度0.70mm、焊点间隙高度0.12mm和焊盘宽度为0.21mm,对最优结构参数水平组合焊点验证时QFN焊点的最大应力值为31.269MPa,其与响应面组合实验中最小应力33.751MPa相比减小了2.482MPa,达到了板级电路模块一QFN焊点结构参数优化的目的;板级电路模块二的BGA3的焊点优化后的结构参数分别为焊点直径0.60mm、焊点高度0.33mm、焊盘直径0.38mm和焊点间距0.65mm,对最优结构参数水平组合焊点验证时BGA焊点的最大应力值为36.596MPa,其与响应面组合实验中最小应力39.699MPa相比减小了3.103MPa,达到了板级电路模块二BGA焊点结构参数优化的目的。最后,通过实验验证了仿真分析结果的准确性。
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