热循环-跌落载荷下球栅阵列无铅焊点的力学行为与可靠性研究

电子产品向着小型化、便携式方向发展，使用或携带过程中失手跌落或撞击引起的机械冲击都可能造成这些产品严重的机械或功能损坏。本项目选取在便携式电子产品中广泛应用的球栅阵列无铅焊点为研究对象，通过热循环实验与跌落实验，利用材料科学领域的染色实验与金相分析等手段，揭示热循环－跌落载荷作用下球栅阵列无铅焊点的失效机理与规律；以热循环次数作为比例风险模型的协变量，取基于统计数据结果建立的威布尔分布模型为基准函数，建立预测无铅焊点寿命的威布尔比例风险模型；通过电路板组件的三维非线性有限元模型，进行热循环－跌落载荷作用下无铅焊点的数值模拟，研究由热循环引起的残余应力与金属间化合物对无铅焊点力学行为的影响；进行封装位置优化以提高球栅阵列无铅焊点在热循环－跌落载荷作用下的可靠性。通过该项目的研究，为此类产品可靠性设计提供实验基础与理论依据，从而达到提高便携式电子产品可靠性的目的。

电子产品向着小型化、便携式方向发展，使用或携带过程中失手跌落或撞击引起的振动冲击都可能造成这些产品严重的机械或功能损坏。本项目选取在便携式电子产品中广泛应用的球栅阵列无铅焊点为研究对象，通过热循环实验、跌落试验和振动试验，利用材料科学领域的染色实验与金相分析等手段，探索热循环－跌落载荷以及振动载荷下球栅阵列无铅焊点的失效机理与规律；利用ABAQUS软件对试件的这两种载荷情形进行数值模拟，获得球栅阵列无铅焊点的应力应变响应曲线。基于试验数据和数值模拟结果，比较跌落载荷和随机载荷两种载荷下无铅焊点的失效机理，发现当随机振动载荷幅值较大时无铅焊点的失效形式和跌落载荷下的失效形式类似，并且揭示了随机振动球栅阵列无铅焊点的寿命预测规律。此外，研究了由热循环引起的残余应力与金属间化合物对无铅焊点力学行为的影响, 发现热循环对无铅焊点的跌落寿命影响不明显，但是经过热循环后再跌落的失效焊点的裂纹起始位置与跌落载荷失效焊点的显著不同。针对实际使用的电路板组件，基于模态分析结果，对该电路板组件进行封装位置优化，给出优化方案以提高球栅阵列无铅焊点在跌落载荷和随机振动载荷作用下的可靠性。通过该项目的研究，为此类产品可靠性设计提供实验基础与理论依据，从而达到提高便携式电子产品可靠性的目的。