电子产品的冲击响应与冲击防护

伴随着便携式电子产品的普及，电子产品抗跌落冲击可靠性受到研究人员的广泛关注。由于缺乏对产品结构在冲击载荷下的动态响应的基本认识，目前新产品的冲击可靠性还建立在试验，改进，再试验的基础上。尤其是因为不清楚产品级跌落试验与器件的板级冲击试验之间的关系，产品开发人员往往很难确定采购的器件需满足何种等级的冲击测试。本申请拟结合试验，理论和数值分析方法，系统研究电子产品在不同跌落高度和跌落姿态下的响应。从产品整体的冲击加速度响应，进一步讨论冲击载荷由产品外壳向电路板，器件等各个级别的传递规律，再深入到各种冲击载荷对冲击敏感的细小焊点影响。最后根据讨论结果分析如何选择板级冲击试验的参数使标准测试符合产品实际冲击中焊点应力水平，并且对电子产品的冲击防护提供有效的吸能和缓冲设计。

本项目从实验，理论和计算等各方面对便携式电子产品的冲击响应和防护进行了系统的研究。在实验方面建立了一套实验系统能够获取结构在冲击瞬间的力和变形，首次提出了用PVDF压电薄膜来采集手机跌落与地面撞击的冲击载荷信号，同时由高速相机拍摄出来的图片来分析手机撞击后的滚转问题，手机的应变，以便更精确地显示手机跌落的情况。计算方面利用ANSYS 软件建立了BGA封装的三维有限元模型并使用LS-DYNA非线性有限元模块计算分析了结构在冲击PCB板的变形情况及焊点所承受的应力情况，还探讨了静态下螺栓处的约束条件对计算结果的影响，以及研究了芯片和封装树脂的有无对焊点应力的影响。在实验和计算基础上，针对电子产品冲击可靠性问题提出了利用Euler梁曲屈吸能得可重复性缓冲装置，并从理论分析了两端固支的压杆在发生屈曲变形后的受力与其屈曲变形的关系，并通过设计冲击实验验证了理论模型的预测结果，并且给出利用压杆屈曲变形来缓冲的设计准则。