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应变率效应对无铅焊锡接点跌落冲击力学行为的影响

作　者: 李建刚
导　师: 秦飞
学　校: 北京工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 应变率效应焊锡接点跌落冲击电子封装
分类号: TG40
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前,由于铅对环境的危害,传统的含铅焊料已经被禁止,同时被无铅焊料所代替。无铅焊点在微电子封装中起电子信号输导、热传递以及机械支撑作用,其跌落冲击可靠性与锡铅焊料相比有一个数量级的下降。因此,在跌落冲击载荷作用下,无铅焊点的力学行为已经成为手持式电子产品可靠性研究的一个至关重要的问题。本文首先采用四点动态弯曲方法对板级电子封装做了跌落冲击实验研究,通过数字图像相关方法测量了PCB板的挠度,用应变计方法测量PCB板中心位置的应变,分析了焊点的失效情况;其次,建立了板级封装四点动态弯曲实验有限元模型,研究了两种焊锡接点简化模型对PCB板变形和焊点应力应变的影响;分别采用线弹性模型、应变率相关的Johnson-Cook材料模型和率无关的弹塑性模型研究了应变率对焊锡接点力学行为的影响,预测了焊锡接点的破坏情况,并与动态四点弯曲实验结果进行了比较。结果表明,焊锡接点的焊层-焊球混合简化模型对PCB板的变形没有影响,但对焊层的应力应变影响较大,在预测焊点失效时,采用焊层-焊球混合模型比较合理;焊锡材料的应变率效应对PCB的挠度几乎没有影响,但对焊锡接点的应力应变有较大影响;不考虑应变率效应的弹塑性模型低估焊锡接点的应力值而高估等效塑性应变值;采用率相关的Johnson -Cook模型能更好地预测焊锡接点的力学行为,能较真实预测焊锡接点的破坏情况。课题结论可以为将来合理可靠地预测电子封装焊锡接点失效提供依据,为电子封装可靠性研究提供方便快捷准确的方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-20
  1.1 电子封装概述  8-10
  1.2 微电子封装的可靠性  10-16
    1.2.1 BGA 封装技术及其主要失效形式  11-12
    1.2.2 微电子封装跌落冲击可靠性研究的现状  12-16
  1.3 微电子封装中无铅焊料的发展  16-19
    1.3.1 无铅焊料的使用  16-17
    1.3.2 无铅焊料的种类和性能  17-18
    1.3.3 焊锡材料的动态力学行为研究  18-19
  1.4 论文主要工作  19-20
第2章电子封装跌落冲击实验及其数值模拟方法  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 弯曲实验及其图像测量方法  20-27
    2.2.1 四点弯曲实验  20-24
    2.2.2 数字图像相关测量方法与DICA1.0  24-27
  2.3 四点动态弯曲数值模拟方法  27-28
  2.4 无铅焊料材料模型  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章板级电子封装动态弯曲实验  30-37
  3.1 引言  30
  3.2 动态弯曲实验装置和方法  30-33
  3.3 实验结果与分析  33-36
  3.4 本章结论  36-37
第4章板级电子封装动态弯曲实验的数值模拟  37-47
  4.1 引言  37
  4.2 有限元模型  37-40
    4.2.1 力学模型与网格划分  37-39
    4.2.2 载荷与边界条件  39
    4.2.3 各部分材料模型  39-40
  4.3 焊锡接点简化模型的影响  40-41
  4.4 应变率效应的影响  41-45
    4.4.1 应变率效应对PCB 变形的影响  41-42
    4.4.2 应变率效应对焊锡接点最大应力的影响  42-44
    4.4.3 应变率效应对焊锡接点等效塑性应变的影响  44-45
  4.5 材料模型对焊锡接点失效预测结果的影响  45-46
  4.6 本章结论  46-47
结论  47-48
参考文献  48-51
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  51-52
致谢  52

应变率效应对无铅焊锡接点跌落冲击力学行为的影响

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