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焊点可靠性直接影响产品的可靠性,因此对焊点可靠性进行研究有着非常重要的意义。本文应用有限元仿真方法,从叠层焊点热疲劳可靠性、振动疲劳可靠性、热―结构耦合及热振动特性方面对采用叠层焊点结构的PBGA封装进行了可靠性研究。 首先,运用有限元软件ANSYS建立采用叠层焊点的PBGA封装组件有限元分析模型,分析叠层焊点在热循环加载条件下的应力应变响应及预测其疲劳寿命。研究结果表明:焊点堆叠设计确实能提高焊点热疲劳寿命,在其他条件固定的情况下,叠层焊点热疲劳寿命随焊点高度增加而增加,随焊点直径增加而减小,采用有铅焊料的叠层焊点热疲劳可靠性优于采用无铅焊料的叠层焊点,正交实验所考察的叠层焊点直径(A)、叠层焊点高度(B)、铜箔厚度(C)和PCB厚度(D)四个结构参数中,叠层焊点高度(B)对叠层焊点热疲劳可靠性影响是显著性的。 然后,对叠层焊点在随机振动加载条件下的应力应变响应进行分析,引入模糊理论修正焊料的S―N曲线,结合三带技术计算叠层焊点振动疲劳寿命。研究结果表明:在其他条件固定的情况下,单层焊点振动可靠性优于叠层焊点,叠层焊点振动可靠性随焊点高度和直径的增加而降低,采用有铅焊料的叠层焊点振动可靠性优于采用无铅焊料的叠层焊点,正交实验所考察的叠层焊点直径(A)、叠层焊点高度(B)、铜箔厚度(C)和PCB厚度(D)四个结构参数中,PCB厚度(D)对叠层焊点振动可靠性的影响是高度显著的,其次是叠层焊点高度(B)和直径(A),通过对叠层焊点振动疲劳寿命计算,证明模糊理论的引入能更准确估算叠层焊点振动疲劳寿命。 最后,对PBGA组件进行热―结构耦合分析和热振动特性分析,并运用统计学软件MINITAB进行叠层焊点热疲劳寿命、振动疲劳寿命和热循环与随机振动复合加载条件下疲劳寿命随结构参数变化的多项式回归分析。研究结果表明:高温条件更易使叠层焊点疲劳破坏,温度升高降低了PBGA结构的固有频率,多项式回归分析所得到的回归方程能较为准确预测叠层焊点的热疲劳寿命与振动疲劳寿命。 本文研究成果将为叠层焊点的实际应用提供应用基础理论和技术支撑。