可靠性强化试验是20世纪90年代由美国波音公司提出的一种全新概念的可靠性试验技术，因它有效解决了现代电子产品高可靠性、低开发成本和短研制周期之间的矛盾，在西方各国迅速得到推广应用。由于商业机密和技术保密等原因，我国对可靠性强化试验核心技术还不了解，特别是针对电子产品如何高效率实施可靠性强化试验，国内还没有开展相关研究，可靠性强化试验缺乏系统的理论和方法指导。本课题在某“十五”武器装备重点预先研究项目支持下，以引进的新型强化试验设备和大型通用有限元分析软件Ansys为研究平台，重点研究模块级电子产品可靠性强化试验的原理与方法，旨在以此为切入点，系统揭示可靠性强化试验的主要技术内涵，促使可靠性强化试验成为增强我国电子产品市场竞争力，提高武器装备战斗力的有力工具。 可靠性强化试验主要目的是通过对试件施加远远超出产品设计规范的极限应力来快速激发产品潜在缺陷，使产品薄弱环节尽早得到改进。因此，本文首先对模块级电子产品失效模式、失效机理以及导致产品失效行为发生的各种可能缺陷类型进行了全面调研和分析，并根据激活这些缺陷所要求的环境应力量级和试验时间，结合可靠性强化试验设备所能提供的应力水平与可靠性强化试验技术特点，提出了对模块级电子产品实施可靠性强化试验的试验策略，表明：元器件大部分潜在缺陷的激发已经远远超出强化试验设备所能提供的应力量级和所允许的试验时间，元器件的质量需要依靠更低层次的可靠性技术手段来保障，模块级可靠性强化试验的主要目的是激发产品组装缺陷，从而明确了模块级电子产品可靠性强化试验的目的和任务。这对可靠性强化试验的具体实施和方法研究具有重要的指导意义。 依据试验策略，本文重点选择装配有EBGA(Enhanced Ball Grid Array，增强性球栅阵列)和PQFP(Plastic Quad Flat Packaging，塑料四方扁平封装)两类典型器件的印制电路板系统作为研究对象，把模块级电子产品主要组装缺陷来源——焊点和管脚作为可靠性强化试验方法研究的主要突破口。 热循环和随机振动试验是可靠性强化试验的两类主要试验类型，有限元法是本文计算与分析印制板系统在热循环和随机振动试验条件下应力应变动态响应的基础。由于焊点的形态和焊点的力学本构关系直接影响着有限元计算的结果的准确性，因此，本文采用最小能量法对EBGA和PQFP器件的焊点形态进行了预测，并对焊点力学本构关系进行了深入详尽的分析，在此基础上分别建立了热循环和振动载荷作用下印制电路板系统三维非线性有限元模型。 在实际研究过程中，论文首先建立了焊点粘弹塑性力学理想模型，对焊点在热循环各阶段的蠕变和应力松弛行为进行了全面分析，并采用有限元法对热循环载荷作用下EBGA和PQFP器件焊点应力应变一般规律进行了有限元仿真，在此基础上，研究了热循环试验温度剖面各参数对焊点疲劳失效和试验效率的影响，确定了热循环试验温度剖面各参数优国防科学技术大学研究生院学位论文化选择方法;然后，深入研究了环境应力与缺陷激发之}，eJ的对应关系，针对热循环试验在激发模块级电子产品组装缺陷方面的局限性，进一步揭示了振动载荷作用下焊点的应力应变和疲劳失效特点，探讨了可靠性强化试验中随机振动试验与热循环试验相综合的方法。主要的研究内容与结论如下: 1.从粘弹塑性理论出发，从理论上分析了EBGA与PQFP两类典型器件的焊点在热循环试验条件下蠕变和应力松弛行为，并对这两类典型器件的焊点在热循环过程中应力应变一般规律与分布特征进行了有限元仿真，确定了导致焊点疲劳失效的主要因素，在此基础上，系统研究了热循环试验温度剖面各参数(高温端点温度、低温端点温度、温升速率、温降速率、高温保温时间、低温保温时间)对焊点应力应变范围、焊点疲劳寿命以及热循环试验效率的影响，并根据研究结论提出了可靠性强化试验中选择温度剖面参数，建立高效率热循环试验温度剖面应遵循的一般原则，对模块级电子产品热循环试验的实施具有重要指导意义。 2.以粘弹塑性力学和弹性力学理论为基础，采用有限元法系统计算和分析了焊点典型缺陷空洞和管脚典型缺陷裂纹对焊点和管脚热疲劳寿命的影响情况，研究和总结了热循环试验在激发无引脚表面贴装器件焊点缺陷方面的有效性，以及在激发有引脚表面贴装器件焊点、管脚缺陷方面的局限性。根据研究结论，探讨了“在模块级电子产品可靠性强化试验过程中，哪些类型试件的缺陷可以通过热循环试验来激发，而哪些类型试件的缺陷热循环试验对其无能为力，需要借助其它环境试验(如随机振动试验)来激发”这一重要问题，从而可以在可靠性强化试验过程中针对不同类型的试件有目的和高效率地应用热循环试验。 3.针对热循环试验消耗资源比较大的缺点，本文应用弹塑性断裂力学中J积分理论，分析了EBGA焊点裂纹在随机振动试验过程中的扩展情况，研究结果表明:只要振动量级达到一定值(在试验设备所能提供的应力量级之内)，焊点裂纹就能进一步扩展。因此，在保证试验原理不变的前提下，提出了采用“热循环试验导致裂纹萌生，振动环境试验促使裂纹迅