电子设备在使用、运输过程中,不可避免得会受到外界动态环境如振动或冲击的影响。随着电子设备的日益小型化和高密度化,各种功能性芯片、电阻、电容等电子元器件主要通过焊接的方式与印制电路板连接在一起,故印制电路板的振动特性直接影响了印制电路板上电连接器在动态环境下的可靠性。本文以提高印制电路板上电连接器的可靠性为目的,对印制电路板裸板的特性和电子元器件对印制电路板的振动特性的影响进行了研究,采用实验模态分析和有限元模态分析的方法,实验模态分析用来验证和修正有限元模型,以提高有限元模型的精度。最后再现了手机电源电连接器在充电过程中的低压起弧现象,证明了在低于金属起弧电压的条件下,接触对产生电弧,导致接触表面润滑剂碳化。本论文主要的研究内容和成果如下:(1)印制电路板的材料特性既具有复合材料的性质,又具有粘弹性材料的性质。本文以型号为FR-4印制电路板作为研究对象,首先阐述了印制电路板的类别和材料组成成分,再根据印制电路板的材料组成使用线性弹性力学的方法对印制电路板的应力应变关系进行推导,接着使用粘弹性力学理论分析了印制电路板的非线性材料力学性能,最后利用弹性-粘弹性一致性理论,推导得出FR-4覆铜板的应力应变关系。(2)根据粘弹性材料特性的测试方法,测量得出了印制电路板的粘弹性材料性能。首先比较了测量粘弹性材料的两种主要方法弯曲共振法和强迫非共振法的原理和适用范围;然后根据印制电路板自身的特点,选择最佳的测量方法。本文采用弯曲共振法测量印制电路板的弹性模量,损耗因子的测量方法使用自由衰减法,试样的形式为悬臂梁。测量的具体过程为:首先确定试样的固有频率之后,然后用非接触式电磁激振器激励试样,使其达到稳定状态之后,再突然撤掉激励,最后根据自由衰减振动波形得出试样的损耗因子。通过改变试样的长度的方法,测量得出不同频率下的损耗因子和弹性模量的值。测量结果表明印制电路板的弹性模量和损耗因子均不为常数,且与频率大小有关。(3)以FR-4印制电路板裸板为研究对象,设计了测量印制电路板模态参数:固有频率和振型的模态实验系统。由于印制电路板的质量轻,如果使用接触式传感器,如加速度计,那么加速度计将会对测量结果带来很大的误差。故本文不采用传统的接触式传感器测量响应,而采用非接触式传感器电涡流传感器测量响应,此外,激励方法采用电动式激振台激励,这样最大限度的提高了测量的精度。(4)在建模时首次考虑了印制电路板的材料非线性,建立了更加精确的有限元模型。建模过程为:首先利用生产厂商提供的材料参数,按照各向同性建立模型;然后将有限元软件计算得出的固有频率与数值法求得的固有频率进行比较,确定印制电路板的有限元建模方法;接着利用实验测量得出的材料参数进行建模,将印制电路板按照各向异性材料进行建模;最后用实验模态得出的固有频率和振型进一步修正有限元模型,将印制电路板材料的非线性特性考虑在内。研究结果表明所建立得出的印制电路板有限元模型比传统方法更加精确。(5)用加速度计模拟元器件研究了元器件对印制电路板振动特性的影响。由于电子元器件一般都是通过焊接的方式固定在印制电路板上,要研究电子元器件位于不同位置时印制电路板的振动特性的影响时,如果采用具体的元器件,实际操作复杂,而用加速度计模拟则可以克服该困难,且可以很方便得测量得出加速度计位于印制电路板上不同位置时的固有频率。本文还用有限元软件建立了模型,得出加速度计位于印制电路板上不同位置时固有频率和振型的变化。实验结果和有限元软件模拟结果之间的误差很小。研究结果表明,加速度计位于不同位置时固有频率的减小程度不同,且振型也各不相同。(6)研究了振动条件下和印制电路板连接的电源接触对在充电过程中,由于瞬断发生低压起弧故障。设计了振动系统使得接触对发生周期性瞬断,并设计了监测瞬断的电路系统,重现了故障现象。通过实验的方法研究了故障产生的机理,以及发生的条件。综上,本论文对动态环境对电连接器可靠性影响中的部分尚未解决的热点和难点问题进行了研究,并在以下四个各方面取得了开创性的研究成果。首次利用粘弹性力学理论分析印制电路板的应力应变关系;首次通过实验测量了印制电路板的粘弹性材料特性,并用Matlab软件对实验数据进行拟合;首次利用加速度计模拟电子元器件的方法研究电子元器件安装在印制电路板上不同位置时对其振动特性的影响;首次研究了振动条件下电连接器在低于起弧电压时的微弧现象。