含直插式元器件电路板的等效建模与焊点应变预测研究

发布时间：2020-06-04 11:01

【摘要】：含元器件电路板的精确建模是其动力学特性分析和优化的基础。直插式元器件作为电路板上的重要元件之一,它的存在影响着电路板的动力学特性,同时它与电路板的焊点连接也会受到外界冲击与振动的影响。动力学特性以及焊点连接是含直插式元器件电路板可靠性的直接影响因素,因此这两方面是电子组件动力学分析的研究重点。本文以直插式元器件电路板为研究对象,从动力学特性和焊点连接的应力水平两方面研究它的机械性能。为了提高含元器件电路板动力学特性的仿真精度,首先对电子组件的组成基础—电路板有限元模型进行修正。由于电路板的材料组成较复杂,在仿真时将电路板材料分别看作各向异性和各向同性进行模态分析,以实验频率为目标对弹性模量等参数进行修正。通过静力分析与应变实验的对比,验证并比较这两种电路板建模方法的修正结果。分析直插式元器件对整体电路板动力学特性的影响,研究含直插式元器件电路板的有限元建模方法,并以实验频率为目标优化每种建模方法。将建模方法应用于其他含直插式元器件的电路板,完成从电路板建模与修正到含元器件电路板建模的整个流程。针对焊点的应变分布问题,提出将相似理论与研究方法应用于电子组件微小结构的变形研究。应用量纲分析法导出电路板基材—环氧树脂板的相似准则,并通过模态试验与应变实验验证相似准则。考虑用有限元分析法验证相似准则时,研究两种常见的有限元建模因素对相似关系的影响,并应用有限元分析法验证直插式元器件焊点在静载下应变的相似关系。提出基于相似理论预测焊点应变的方案,并指出不足之处。基于相似理论与模型试验,设计并自制含直插式元器件电路板的相似结构。为了提高相似结构的仿真精度,分层修正主要组件模型的材料参数。以相似结构的焊点为研究对象,研究焊缝与焊点的建模方法,用应变测试结果验证建模的可靠性,同时借助建模仿真与应变实验研究焊点的应变分布特点。基于应变传递率一致的假设,结合应变实验值,预测焊点应变样本。根据焊点样本数据,完成焊点应变均值在一定置信水平下的区间估计。
【图文】：

元器件,电路板,直插式,焊点

1.1 课题研究背景随着科技水平的提高，从航天飞行器到家用电器，，电子设备扮演着越来越重要的角色，内部电路板起着关键的运行作用。一旦核心电路板失效，电子设备将会报废，甚至威胁人身财产安全。航天电子组件性能失效主要与动力学特性[1]、焊点的变形[2]等因素有关。航天电子设备通常要经历振动冲击等复杂的服役环境，当外界振动频率与内部的电子组件固有频率一致时，共振可能导致电路板断裂。除了动力学特性，电路板上焊点的变形过大也可能导致电路板结构破坏。当焊点应变过大产生裂纹时，电路板上元器件就会报废，导致电子设备运行故障。因此，有必要研究含元器件电路板的动力学特性以及焊点应变。含直插式元器件电路板是航天电子组件的重要组成部分，典型的直插式元器件如图 1.1 所示。含直插式元器件电路板的特点是元器件引脚穿过电路板表面的孔，焊点将引脚与电路板的焊盘相连，这种焊接方式比贴片元器件更加牢固[1]。含元器件电路板的精确建模是其动力学特性分析和优化的基础。含直插式元器件电路板的结构动力学特性由电路板、元器件以及连接方式共同决定，为了提高含直插式元器件电路板的建模精度，需要对各部分进行等效建模研究。

模态试验分析,自由边界

含直插式元器件电路板的等效建模与焊点应变预测研究以及数据采集处理系统。在图 2.4 中，采用弹性绳悬挂的方式模拟自由边界条件小、质量低，对弹性模态影响小；加速度计作为测量传感器，测量加速度响应信激励装置，提供脉冲激励信号；数据采集处理系统接收激励信号与响应信号，进别工作。文模态试验涉及到传感器主要有：力锤（型号为 Dytran 公司的 5800B4 S/N8089）型号为 Dytran 公司的 3263A2 S/N8403）。信号采集设备为 OROS 动态信号采集分数识别软件为 N-Modal。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN41

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