[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

说明书

本发明是一种用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法，方法是基于完成验证的有限元仿真模型，通过随机振动分析得到器件中心下方印制电路板处的位移结果，并根据随机振动试验得到的失效时间，通过威布尔分布拟合得到焊点的疲劳寿命，最后基于有限元仿真分析的位移结果并引入位置函数，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，满足工程上运用修正的Steinberg模型进行焊点疲劳寿命预测的要求。

技术领域

本发明是一种用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法，属于测试技术领域。

背景技术

电子设备在服役和运输过程中会经受多种形式的振动，这些振动载荷对电子设备造成的失效模式不尽相同。所以，振动环境下电子设备的可靠性研究非常重要，国内外学者对电子器件振动载荷下的寿命预测模型进行了一些研究。Yu D对BGA封装进行了定频正弦振动实验，绘制出焊点在振动载荷下的应力-寿命曲线(S-N曲线)，通过雨流记数法和Miner累计损伤模型计算焊点在随机振动下的疲劳寿命，与随机振动实验结果相对比。Wong S F通过测试印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)应变推测焊点应变，通过正弦振动获得焊点应变-寿命曲线(E-N曲线)，最后基于Miner累计损伤模型计算焊点疲劳寿命。Wong TE使用有限元仿真技术研究了BGA焊点在振动载荷下的寿命，分别通过Manson公式和Steinberg三区间法两种预测模型进行计算。

目前，Steinberg模型广泛应用于航空航天和汽车领域，Steinberg通过多年的实际经验，系统的描述了在随机振动、冲击和其它载荷条件下电子器件的可靠性问题，提出振动载荷下电子元器件寿命的疲劳寿命模型，即Steinberg模型。Dehbi A通过多组正弦振动实验和有限元仿真技术，获得了器件在振动条件下的S-N曲线，使用Steinberg模型对钽电容器件在振动载荷下的疲劳寿命进行预测。Shao Jiang研究了双列直插式封装(DoubleIn-line Package,DIP)器件在随机振动载荷下的可靠性问题，通过随机振动实验获得器件失效时间，实验结果与Steinberg预测寿命误差在50％以内，验证了该模型对DIP封装器件寿命预测的准确性。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法，其目的是通过实验过程中使用实时监测技术对焊点电阻进行监控来获得焊点的失效时间。

然后通过对失效焊点剖面裂纹的显微观察，研究焊点的失效机理和失效位置，并经过实验验证的3D有限元模型可以确保仿真结果的准确性，通过有限元计算获得PCB关键位置准确的位移数据。最后，结合实验和仿真结果，对Steinberg模型进行修正，提高模型对PBGA封装器件的预测准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种用于PBGA封装互连焊点随机振动载荷下的可靠性分析方法是基于完成验证的有限元仿真模型，通过随机振动分析得到器件中心下方印制电路板处的位移结果，并根据随机振动试验得到的失效时间，通过威布尔分布拟合得到焊点的疲劳寿命，最后基于有限元仿真分析的位移结果并引入位置函数，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，满足工程上运用修正的Steinberg模型进行焊点疲劳寿命预测的要求，该方法的具体内容如下：

采用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，测试器件1的焊点13与印制电路板的焊垫9焊接在一起，通过导电线路3将单个测试器件的所有焊点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：