电路板组件环境应力筛选技术研究
发布时间：2020-07-27 13:38
【摘要】：研究表明,数控系统硬件存在大量早期故障是影响数控系统可靠性的重要原因之一。为了为解决数控系统早期故障问题提供依据,本文在对可靠性试验方法进行分析的基础上,本文提出从失效物理的角度出发,采用有限元方法,以组装有SOP封装器件的电路板组件为对象,研究电路板组件环境应力筛选技术,并提出优化环境应力筛选剖面的建议。主要内容如下:1.针对组装有SOP器件的电路板组件在温度循环载荷下焊点的疲劳寿命问题,利用数值模拟手段计算焊点在载荷下的温度分布和应力应变响应,并选用修正版Coffin-Manson模型预测焊点疲劳失效所需时间,以此为依据研究温度循环参数对焊点疲劳寿命的影响。结果表明:提高高温端点温度对减少焊点疲劳寿命最有帮助,其次增加温变速率也可加速焊点疲劳破坏,而低温端点温度过低、高温保温和低温保温时间过长,均会降低筛选效率。2.针对组装有SOP器件的电路板组件在随机振动载荷下焊点的疲劳寿命问题,使用有限元方法对电路板组件进行模态分析,并计算其在随机振动载荷下的应力情况和应力功率谱响应,根据Miner线性累积损伤理论和Dirlik模型估算焊点在随机振动载荷下的疲劳寿命。结果表明:较大的振动强度、一阶固有频率处的振动信号和垂直于电路板方向的激励可大幅减少焊点疲劳寿命,提高筛选效率。以某型号伺服驱动单元控制板为试件,采用正交试验设计方法,对试件进行模态分析和随机振动疲劳寿命试验。对试验结果分析可知,适量提高随机振动加速度均方根值和使频率范围包含组件一阶固有频率均可显著减少焊点疲劳寿命。试验与仿真分析的结论基本一致。本文通过数值模拟手段,研究了温度循环和随机振动剖面各参数对焊点疲劳寿命的影响,基于分析结果提出了在环境应力筛选中优化两种应力类型剖面的建议。且对某型驱动控制板进行随机振动疲劳寿命试验,发现其结论与仿真分析基本一致。本文的研究成果,对于电路板组件环境应力筛选技术研究的发展具有重要的实际意义。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN41
【图文】：
图 1-1 典型失效率曲线产品进行环境应力筛选不能提高产品的固有可靠性，固有可靠但是它可以将具有潜在缺陷的产品从整批产品中筛选出来维修使用阶段可靠性。境应力筛选发展历程及研究现状应力筛选（Environmental Stress Screening, ESS）的提出源于 波罗计划中对强化环境试验的总结，1979 年，美国海军的代表出环境应力筛选技术，使用对产品施加随机振动和温度循环艺方面的潜在缺陷[6]。经过数十年的发展，其应用从最初的海军个国防工业，并逐渐发展至其他民用行业。我国于 20 世纪 8选技术，随后在 90 年和 93 年先后颁布了两项国军标 GJB 103筛选方法》和 GJB/Z 34《电子产品定量环境应力筛选指南》，分
图 2-1 SOP 器件和焊点几何模型 图 2-2 电路板组件几何模型由于该模型的几何特征和加载情况具有对称性特点，为了减少仿真计算量，仅进行四分之一建模，因此实际仿真计算中仅计算两个焊点的应力应变情况。在实际的温度循环筛选中，将试件放置在温度试验箱中，试验箱从某一箱壁输入热空气，将温度的载荷施加在器件表面。而仿真中则假设存在理想条件，直接在模型中的每一个器件外表面添加 Temperature 温度载荷，且该载荷随时间循环变化。实际条件与仿真条件相比，由于试验箱要改变箱中和试件表面的温度需要一定时间，因此实际筛选中相比于仿真需要更多的保温时间来减小温度滞后现象的影响。焊接 SOP 器件的焊料为 63Sn37Pn，对其力学本构关系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示为 63Sn37Pn 焊料模型参数[30]。其它材料属性如表 2.2 所示[27]。网格划分后的模型如图 2-3 所示。
图 2-1 SOP 器件和焊点几何模型 图 2-2 电路板组件几何模型由于该模型的几何特征和加载情况具有对称性特点，为了减少仿真计算量，仅进行四分之一建模，因此实际仿真计算中仅计算两个焊点的应力应变情况。在实际的温度循环筛选中，将试件放置在温度试验箱中，试验箱从某一箱壁输入热空气，将温度的载荷施加在器件表面。而仿真中则假设存在理想条件，直接在模型中的每一个器件外表面添加 Temperature 温度载荷，且该载荷随时间循环变化。实际条件与仿真条件相比，由于试验箱要改变箱中和试件表面的温度需要一定时间，因此实际筛选中相比于仿真需要更多的保温时间来减小温度滞后现象的影响。焊接 SOP 器件的焊料为 63Sn37Pn，对其力学本构关系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示为 63Sn37Pn 焊料模型参数[30]。其它材料属性如表 2.2 所示[27]。网格划分后的模型如图 2-3 所示。
本文编号：2771915
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN41
【图文】：
图 1-1 典型失效率曲线产品进行环境应力筛选不能提高产品的固有可靠性，固有可靠但是它可以将具有潜在缺陷的产品从整批产品中筛选出来维修使用阶段可靠性。境应力筛选发展历程及研究现状应力筛选（Environmental Stress Screening, ESS）的提出源于 波罗计划中对强化环境试验的总结，1979 年，美国海军的代表出环境应力筛选技术，使用对产品施加随机振动和温度循环艺方面的潜在缺陷[6]。经过数十年的发展，其应用从最初的海军个国防工业，并逐渐发展至其他民用行业。我国于 20 世纪 8选技术，随后在 90 年和 93 年先后颁布了两项国军标 GJB 103筛选方法》和 GJB/Z 34《电子产品定量环境应力筛选指南》，分
图 2-1 SOP 器件和焊点几何模型 图 2-2 电路板组件几何模型由于该模型的几何特征和加载情况具有对称性特点，为了减少仿真计算量，仅进行四分之一建模，因此实际仿真计算中仅计算两个焊点的应力应变情况。在实际的温度循环筛选中，将试件放置在温度试验箱中，试验箱从某一箱壁输入热空气，将温度的载荷施加在器件表面。而仿真中则假设存在理想条件，直接在模型中的每一个器件外表面添加 Temperature 温度载荷，且该载荷随时间循环变化。实际条件与仿真条件相比，由于试验箱要改变箱中和试件表面的温度需要一定时间，因此实际筛选中相比于仿真需要更多的保温时间来减小温度滞后现象的影响。焊接 SOP 器件的焊料为 63Sn37Pn，对其力学本构关系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示为 63Sn37Pn 焊料模型参数[30]。其它材料属性如表 2.2 所示[27]。网格划分后的模型如图 2-3 所示。
图 2-1 SOP 器件和焊点几何模型 图 2-2 电路板组件几何模型由于该模型的几何特征和加载情况具有对称性特点，为了减少仿真计算量，仅进行四分之一建模，因此实际仿真计算中仅计算两个焊点的应力应变情况。在实际的温度循环筛选中，将试件放置在温度试验箱中，试验箱从某一箱壁输入热空气，将温度的载荷施加在器件表面。而仿真中则假设存在理想条件，直接在模型中的每一个器件外表面添加 Temperature 温度载荷，且该载荷随时间循环变化。实际条件与仿真条件相比，由于试验箱要改变箱中和试件表面的温度需要一定时间，因此实际筛选中相比于仿真需要更多的保温时间来减小温度滞后现象的影响。焊接 SOP 器件的焊料为 63Sn37Pn，对其力学本构关系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示为 63Sn37Pn 焊料模型参数[30]。其它材料属性如表 2.2 所示[27]。网格划分后的模型如图 2-3 所示。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 贺光宗;陈怀海;贺旭东;;一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法[J];振动与冲击;2015年07期
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1 褚卫华;模块级电子产品可靠性强化试验方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
本文编号：2771915
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