【摘要】：基于Patran軟件建立了疊層焊點三維有限元分析模型,分析了隨機振動條件下疊層焊點的固有頻率、振型和頻率響應(yīng)規(guī)律,獲得了疊層焊點應(yīng)力應(yīng)變分布和應(yīng)變功率譜密度響應(yīng)曲線,并基于功率譜和雨流計數(shù)法計算出了疊層焊點振動疲勞壽命;分析了焊盤直徑和焊點最大徑向直徑對疊層焊點隨機振動壽命影響。仿真結(jié)果表明:在疊層焊點高0.5 mm、焊盤直徑0.3 mm和焊點徑向最大直徑0.4 mm時其隨機振動疲勞壽命為3 132 h;當焊盤直徑從0.2 mm增加到0.35 mm時,疊層焊點振動疲勞壽命隨焊盤直徑增大而增大;當焊點最大徑向直徑從0.4 mm增加到0.55 mm時,疊層焊點振動疲勞壽命隨焊點最大徑向直徑增大而減少。
【圖文】：

熱疲勞壽命，文中以疊層焊點為研究對象，對其隨機振動疲勞壽命進行分析，考察疊層焊點幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對其隨機振動壽命的影響，以達到進一步提高疊層焊點振動可靠性的目的。1疊層焊點隨機振動有限元分析1．1疊層焊點三維有限元模型文中研究對象為帶有疊層焊點的倒裝芯片，將其組裝于印制電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)上，，模型實體來源于TopLine公司生產(chǎn)的8×8全陣列產(chǎn)品，共64個疊層焊點，焊點間距為0．8mm。所選取的疊層焊點材料為有鉛焊料Sn63Pb37。采用軟件Patran建立的疊層焊點隨機振動三維有限元分析模型如圖1所示。模型中PCB尺寸為70mm×70mm×1mm，芯片尺寸為8mm×8mm×0．2mm，疊層焊點高為0．5mm，焊盤直徑為0．3mm，焊點徑向最大直徑為0．4mm。模型網(wǎng)格劃分中單元是六面體單元Hex，使用的是映射網(wǎng)格生成器IsoMesh，整個模型共劃分39264個單元，44232個節(jié)點。對模型施加的位移約束條件為:約束PCB底面四個角點的六個自由度。模型中各部分的材料參數(shù)如表1所示。圖1疊層焊點有限元模型Fig．1FiniteelementmodelofBGApackagewithstackedsolderjoints表1材料參數(shù)Tab．1Materialparameters材料名稱彈性模量E/GPa泊松比μ密度ρ/(Kg·m－3)芯片1300．282320PCB板18．20．251800焊點35．30．358420文中采用的隨機激勵的形式為加速度功率譜密度(PowerSpectralDensity，PSD)，來源于美國軍用標準MIL-STDNAVMATP-9492。加速度功率譜曲線在隨機振動頻率在20～80Hz時曲線上升斜率為+3dB/oct，對應(yīng)的加速度功率譜密度幅值范圍為0．01～0．04g2/Hz，80Hz時為0．04g2/Hz;當隨機振動頻率在80～350Hz時，對應(yīng)的加速度功率譜密度幅值為0．04g2/Hz，當隨機振動頻率在350～2000Hz時，曲線以－3dB/cot的斜?

350Hz時，對應(yīng)的加速度功率譜密度幅值為0．04g2/Hz，當隨機振動頻率在350～2000Hz時，曲線以－3dB/cot的斜率下降，對應(yīng)的加速度功率譜密度幅值范圍為0．04～0．01g2/Hz。1．2模態(tài)分析為了解隨機振動條件下彎曲變形所引起的焊點受力變形狀態(tài)，要對疊層焊點有限元模型進行模態(tài)分析。通過模態(tài)分析可以得到模型的固有頻率和振型，模態(tài)分析后得到的疊層焊點有限元模型的前3階振型如圖2所示，前8階固有頻率如表2所示。(a)第1階模態(tài)及其疊層焊點形變(b)第2階模態(tài)及其疊層焊點形變(c)第3階模態(tài)及其疊層焊點形變圖2疊層焊點有限元模型前3階振型Fig．2VibrationmodeoffirstthreeorderswithinfiniteelementmodelofBGApackage表2前8階固有頻率Tab．2Naturalfrequencyoffirsteightorders階次1234頻率/Hz260．4534．5669．01298．1階次5678頻率/Hz1413．81554．02134．02475．7文中隨機振動分析的頻率范圍是20～2000Hz，從表2可見，該模型的前6階模態(tài)的固有頻率均處于20～2000Hz這一頻率范圍，所以，在20～2000Hz頻率范圍的隨機載荷下，該模型只發(fā)生前6階模態(tài)振動彎曲變形(前3階振型如圖2(a)～圖2(c)所示)。從圖2可知，第1階模態(tài)下，PCB板的中心有較大振幅，帶動整個板向下凹或上凸，倒裝芯片及疊層焊點完全處于模型彎曲變形較大的區(qū)域;第2階和第3階模態(tài)下，PCB板四周振幅較大，中心振幅較小，倒裝芯片及第16期張龍等:基于Patran及頻域分析的疊層焊點隨機振動可靠性分析203
【作者單位】： 桂林電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(51465012) 廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項目(2015GXNSFCA139006)
【分類號】：TN405

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本文編號：2543936