电子封装结构动特性分析及模型修正
发布时间：2021-01-14 18:24
电子封装产品引线和焊点众多,体积和尺度较小,通常只有几十到几百微米,而板级设备尺寸通常为厘米到分米量级,尺度跨域较大,采用统一的建模方法势必造成单元数量庞大,影响计算效率和计算精度。本文对焊点和引线等重点关注部位采用实体单元精细化建模,对线路板采用壳单元等效,同时在壳单元的连接区域设置过渡网格,采用体——壳单元自由度匹配技术实现壳单元和体单元的连接,采用局部网格细化技术、体——壳单元自由度匹配技术以及多项等效建模技术实现了胶层厚度0.05mm到板级半径100mm尺度跨越的精细化建模。并采用光学模态试验技术开展了模态试验,对仿真模型进行了修正。建立了封装结构跨尺度动特性建模分析方法。
【文章来源】：强度与环境. 2020,47(05)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电路板及有限元模型Fig.1Circuitboardandfiniteelementmodel
第47卷第5期童军等电子封装结构动特性分析及模型修正3采用零厚度的“cohesive”单元等效处理。根据以往经验，其等效模量如表2所示。其中有些小的元器件没有建立详细的有限元模型，采用质量单元等效处理，主要模拟其质量效应，由于胶的影响，其质量难以直接统计，可以通过试验修正。其中焊点及引线模型如图2所示。焊点和引线全部采用六面体单元简化，其中通孔焊点采用圆柱模型等效处理，未考虑实际工艺过程中的个体差异。焊点体单元和PCB板壳单元连接的地方采用shell-to-solid处理方式来匹配不同的自由度。表2胶层等效模量Table2Equivalentmodulusofadhesivelayer方向EG1G2等效模量14MPa4MPa4MPa图2封装引线和焊点有限元模型示意图Fig.2Finiteelementmodelofpackageleadandsolderjoint2光学模态试验方法试验采用测量频响函数的方法来识别结构的模态参数，即在敲击激励下，通过测量激励力f(t)和系统的响应输出x(t)，从而得到系统的频响函数()()()xfffHGG（1）式中，H()为频响函数；()xfG为力与响应的互功率谱；()ffG为力激励的自功率谱。对于任意的粘性阻尼的多自由度系统，其动力学微分方程为MxCxKxf(t)（2）进行拉普拉斯变换得X(s)H(s)F(s)（3）式中))()(()(iiHiiiiTiijsjssH（4）当sj时，系统的频响函数可表示为()()()()THiiiiiiiiHjj（5）式中，21iiniij，iini，i为模态阻尼比；ni为固有频率；i为振型。由式（1）?
响函数可表示为()()()()THiiiiiiiiHjj（5）式中，21iiniij，iini，i为模态阻尼比；ni为固有频率；i为振型。由式（1）得到的实测频响函数和式（5）频响函数的理论公式，再通过最小二乘复频域法（PolyMax算法）确定结构的固有频率、阻尼比和振型。电路板试验件水平放置于地面，激光头通过三脚架固定，自产品上方向下发射激光信号。试验激励采用脉冲激励方式，通过力锤锤击实现。电路板的模态频率和阻尼如表3所示，如图3~图7所示，分别为一至五阶模态振型。表3电路板的模态频率和阻尼Table3Modalfrequencyanddampofcircuitboard频率/Hz阻尼/%一阶332.21.44二阶440.41.51三阶481.51.16四阶650.81.84五阶694.32.26图3一阶振型示意图Fig.3Diagramofthefirst-ordermodeshape
【参考文献】：
期刊论文
[1]LCCC电子封装结构的热疲劳寿命分析[J]. 侯传涛,童军,荣克林. 强度与环境. 2014(03)
[2]某发动机推力室内壁鼓起原因分析研究[J]. 童军,侯传涛,贾亮. 强度与环境. 2013(01)
[3]振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析[J]. 褚卫华,李树成. 强度与环境. 2012(04)
[4]SnPb钎料合金的粘塑性Anand本构方程[J]. 王国忠,程兆年. 应用力学学报. 2000(03)
本文编号：2977313
【文章来源】：强度与环境. 2020,47(05)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电路板及有限元模型Fig.1Circuitboardandfiniteelementmodel
第47卷第5期童军等电子封装结构动特性分析及模型修正3采用零厚度的“cohesive”单元等效处理。根据以往经验，其等效模量如表2所示。其中有些小的元器件没有建立详细的有限元模型，采用质量单元等效处理，主要模拟其质量效应，由于胶的影响，其质量难以直接统计，可以通过试验修正。其中焊点及引线模型如图2所示。焊点和引线全部采用六面体单元简化，其中通孔焊点采用圆柱模型等效处理，未考虑实际工艺过程中的个体差异。焊点体单元和PCB板壳单元连接的地方采用shell-to-solid处理方式来匹配不同的自由度。表2胶层等效模量Table2Equivalentmodulusofadhesivelayer方向EG1G2等效模量14MPa4MPa4MPa图2封装引线和焊点有限元模型示意图Fig.2Finiteelementmodelofpackageleadandsolderjoint2光学模态试验方法试验采用测量频响函数的方法来识别结构的模态参数，即在敲击激励下，通过测量激励力f(t)和系统的响应输出x(t)，从而得到系统的频响函数()()()xfffHGG（1）式中，H()为频响函数；()xfG为力与响应的互功率谱；()ffG为力激励的自功率谱。对于任意的粘性阻尼的多自由度系统，其动力学微分方程为MxCxKxf(t)（2）进行拉普拉斯变换得X(s)H(s)F(s)（3）式中))()(()(iiHiiiiTiijsjssH（4）当sj时，系统的频响函数可表示为()()()()THiiiiiiiiHjj（5）式中，21iiniij，iini，i为模态阻尼比；ni为固有频率；i为振型。由式（1）?
响函数可表示为()()()()THiiiiiiiiHjj（5）式中，21iiniij，iini，i为模态阻尼比；ni为固有频率；i为振型。由式（1）得到的实测频响函数和式（5）频响函数的理论公式，再通过最小二乘复频域法（PolyMax算法）确定结构的固有频率、阻尼比和振型。电路板试验件水平放置于地面，激光头通过三脚架固定，自产品上方向下发射激光信号。试验激励采用脉冲激励方式，通过力锤锤击实现。电路板的模态频率和阻尼如表3所示，如图3~图7所示，分别为一至五阶模态振型。表3电路板的模态频率和阻尼Table3Modalfrequencyanddampofcircuitboard频率/Hz阻尼/%一阶332.21.44二阶440.41.51三阶481.51.16四阶650.81.84五阶694.32.26图3一阶振型示意图Fig.3Diagramofthefirst-ordermodeshape
【参考文献】：
期刊论文
[1]LCCC电子封装结构的热疲劳寿命分析[J]. 侯传涛,童军,荣克林. 强度与环境. 2014(03)
[2]某发动机推力室内壁鼓起原因分析研究[J]. 童军,侯传涛,贾亮. 强度与环境. 2013(01)
[3]振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析[J]. 褚卫华,李树成. 强度与环境. 2012(04)
[4]SnPb钎料合金的粘塑性Anand本构方程[J]. 王国忠,程兆年. 应用力学学报. 2000(03)
本文编号：2977313
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