[发明专利]用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法

权利要求书

1.一种用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法，其特征在于：采用的PBGA封装测试器件(1)包含基板(11)，基板(11)正面具有塑封料(10)，基板背面具有阻焊层(14)、阻焊层内焊垫(12)以及焊垫上的焊点(13)，印制电路板(2)上焊接有12个所述测试器件(1)，印制电路板(2)的正面上设置有保护层(8)和保护层(8)内的印制电路板焊垫(9)，所述测试器件(1)的焊点(13)与印制电路板焊垫(9)焊接在一起，通过导电线路(3)将单个所述测试器件(1)的所有焊点(13)电连接，串联形成菊花链电路，印制电路板(2)四角处设置有螺栓通孔(6)，该方法的步骤如下：

步骤一、将印制电路板(2)上焊接的12个所述测试器件(1)组成印制电路板组装件(4)，所述测试器件(1)在印制电路板(2)上的位置呈上下、左右对称分布；

步骤二、制作相同的印制电路板组装件(4)12块，并等分为3组；

步骤三、将每组中的4块印制电路板组装件(4)通过振动工装(16)分别固定于3个随机振动试验台(15)中的一个上；

步骤四、通过随机振动试验台(15)对12块印制电路板组装件(4)进行随机振动试验，功率谱密度图依据GJB 1032-1990制定，第1组试验的均方根值为18Grms，第2组试验的均方根值为11Grms，第3组试验的均方根值为7Grms；

步骤五、每隔54min通过随机振动试验台(15)控制系统导出所有所述测试器件(1)开环两端的电阻值，当所述测试器件(1)的电阻值超过1000Ω时判定器件失效并记录这一组的时间点，当每组中有75％的所述测试器件(1)失效时，停止随机振动试验并记录3组时间点；

步骤六、根据不同随机振动均方根值下所记录的3组时间点数据，通过威布尔分布进行拟合，获取PBGA封装器件在随机振动条件下的疲劳寿命；

步骤七、利用模态测试设备对单个印制电路板组装件(4)进行自由模态测试，分别得到前三阶的固有频率；

步骤八、将单个印制电路板组装件(4)通过振动工装(16)固定于随机振动试验台(15)上，在每个印制电路板组装件(4)的中心位置布置一个位移传感器，获得一阶固有频率在0.5g振动量值下印制电路板组装件(4)中心位置的位移测试结果；

步骤九、利用有限元分析软件建立与单个印制电路板组装件(4)实物保持一致的3D有限元模型，进行自由模态分析得到印制电路板组装件(4)的前三阶固有频率，进行正弦振动分析得到一阶固有频率在0.5g振动量值下印制电路板组装件(4)中心位置的位移结果；

步骤十、将有限元分析得到的印制电路板组装件(4)前三阶固有频率和步骤七中模态测试得到的前三阶固有频率进行比对，同时将正弦振动分析得到的印制电路板组装件(4)中心位置的位移结果与步骤八中得到的位移测试结果进行比对，通过修改有限元分析中各材料的杨氏模量、泊松比和密度参数，对有限元模型进行修正，直到仿真分析的前三阶固有频率与实物测试的频率最大误差不超过6.5％且一阶固有频率在0.5g正弦振动量值下印刷电路板中心位置的仿真位移结果与实物测试的位移结果误差不超过0.5mm；

步骤十一、通过对失效器件的焊点剖面裂纹进行显微观察，研究焊点的失效机理和失效位置；

步骤十二、完成有限元模型的修正后，对该模型施加与步骤四中实际测试相同的随机振动条件并进行随机振动仿真分析，获得所述测试器件(1)中心下方印刷电路板的位移仿真结果；

步骤十三、基于步骤十二中的位移仿真结果并引入位置函数，并依据步骤六中拟合得到的疲劳寿命，对预测焊点疲劳寿命的Steinberg模型进行修正，使得预测的焊点疲劳寿命与威布尔分布拟合得到的疲劳寿命的误差在100％内。

2.根据权利要求1所述的PBGA封装互连焊点在随机振动载荷下的可靠性分析方法，其特征在于：随机振动试验台(15)能满足中国军标GJB1032-1990和美国JESD22-A104E-2014。

3.根据权利要求1所述的用于PBGA封装互连焊点在随机振动载荷下的可靠性分析方法，其特征在于：印制电路板组装件(4)上焊接有所述测试器件(1)并通过振动工装(16)固定放置在随机振动试验台(15)的振动台上。

4.根据权利要求1所述的用于PBGA封装互连焊点在随机振动载荷下的可靠性分析方法，其特征在于：测量所述测试器件(1)开环两端的电阻值采用的数据采集仪(17)的频率采集范围为：1Hz-3500Hz，电阻采集范围为：1μΩ-120MΩ。