计算机模拟焊点可靠性试验

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计算机模拟焊点可靠性试验
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% b# H) e6 v3 L% A图二、BGA封装的横截面
图三、一个周期的热负载曲线
  s( h1 X$ D" R+ r7 s' G: Z为了证实该模型和对有限单元程序的实施，进行了试验。一个实际的BGA封装在SuperAGREE的温度老化室进行热循环，塑性应变场通过高灵敏度的Moiré干涉测量方法测量。使用有限单元程序，和已实施的构造模型，对相同的热循环试验进行了模拟和比较结果。
图三显示该BGA封装经受的热负载曲线。使用SuperAGREE的温度老化室进行热循环。试验样品定期地取出，使用Moiré干涉测量系统测量无弹性应变的累积。该试验的详情在Zhao et al中给出1,2。在试验与有限单元分析(FEA)模拟期间，封装固定在中间FR-4 PCB层的两端。在有限单元模拟中，FR-4 PCB和聚合层被认为是线性弹性的，焊接点随着损伤的进化被认为是非线性弹性-粘塑性的。
8 p9 o" o! q* e6 {1 W. r8 h7 H$ W图四、在2与4个热循环之后的剪切应力分布(使用了损伤模型)
( n' S9 Y7 }' }; j图五、在6与8个热循环之后的剪切应力分布(使用了损伤模型)
图六、在10个热循环之后的剪切应力分布(使用了损伤模型)
由于在FR-4 PCB与聚合层之间的温度膨胀系数(CTE)的不匹配，焊接点内的热诱发的剪切应力是周期性的，造成焊接点的热机械疲劳。试验结果显示，剪切应力支配在焊点中懦变疲劳。图四至图六显示剪切应力的数字模拟。事实上，试验到失效可能要求1,000次以上的循环。可是，对于证实计算机模型的目的，模拟十个循环已经足够了。焊点的剪切应力的有限单元分析(FEA)结果与Moiré干涉测量的试验数据有很好的相关性。在试验期间，最高的应力总是在焊接点一上观察到。因此从FEA和Moiré干涉测量方法所得到的该焊点的无弹性应力积累在图七中绘出。应该指出的是，在我们的试验与分析中，观察到塑性应力的累积从一个循环到另一个循环不是线性的。随着焊锡的粗化，在每个循环中的塑性应力累积减少。在另一方面，使用C-M方法，假设塑性应力累积是线性的。因此，事实上，从实验室试验所获得的BGA封装的疲劳寿命通常是比基于Coffin-Manson的模型所预测的较长。
, H7 D+ n: N7 L7 L图七、有现单元模拟结果与Moiré干涉测量试验结果比较
7 i  J3 k% W9 O2 J/ H图九、在十个热循环之下最大损伤的进化(使用了损伤模型)
图八、在十次热循环之后损伤的分布(使用了损伤模型)
/ ^( Z+ z% C2 Y* t$ K在焊点之中损
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