QFP焊點形態模擬及隨機振動疲勞壽命預測*

李晨現,高芳清,2,舒文皓,鄧鶴軒

(1.西南交通大學 力學與航空航天學院,四川 成都 611756;2.西南交通大學 應用力學與結構安全四川省重點實驗室,四川 成都 611756)

0 引 言

電子封裝技術第一次出現在1947年,而在21世紀后,隨著疊層芯片封裝的出現使其迎來了第三次技術革命。然而,電子設備在使用環境中(如汽車啟動、飛機起飛階段和動車加速)會承受各種載荷影響,其中元器件焊點處因振動和沖擊產生的應變導致元器件失效的故障大約占到了20%[1]。因此,對于元器件高占比的電子設備,研究其在振動環境下的可靠性尤為重要。

近年來,國內外學者對于電子設備中焊點的隨機振動預測方法做了相關研究。P Yang[2]、A.Dehbi[3]、宜紫薇[4]、王紅芳[5]等通過Steinberg模型結合Palmgren-Miner準則,對隨機振動環境下的焊點疲勞預測方法進行了研究。KIM等[6]將有限元技術與正弦振動試驗進行對比,分析了塑封球柵陣列封裝在隨機振動載荷激勵下的可靠性,結果顯示固有頻率與試驗對比誤差約3%。黃春躍等[7]研究了底充膠對疊層塑料球柵陣列在隨機振動下的應力應變影響,分析了同種條件下不同焊料的應力應變分布。張龍等[8]結合Patron軟件與頻域分析獲得了應變功率譜密度曲線,并基于功率譜和雨流計數法計算出疊層焊點的振動疲勞壽命。

以上方法通常采用簡化焊點模型進行分析,這導致了焊點可靠性壽命存在較大誤差。因此,對焊點形態模擬的研究成為研究電子產品焊點可靠性的重要步驟。Brakke[9]在1992年開發出的基于能量最小原理的Surface Evolver軟件成為研究焊點形態的重要工具。……