含随机孔洞bga焊点热疲劳寿命预测方法研究

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1、中图分类号：TG405论文编号：102870218-S040学科分类号：080703硕士学位论文含随机孔洞BGA焊点热疲劳寿命预测方法研究研究生姓名王祥林学科、专业动力机械及工程研究方向动力机械疲劳损伤与寿命评估指导教师徐颖副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringStudyonPredictionMethodo

2、fThermalFatigueLifeforBGASolderJointswithRandomViodAThesisinPowerMachineryandEngineeringbyWangXianglinAdvisedbyAssociateProf.XuYingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究

3、成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要焊点热疲劳是航空电子产品在工作环境下的主要失效机理之一。电子封装在制造的过程中，焊点内部会不可避免的产生孔洞缺陷，而这些孔洞缺陷会给电子封装的热

4、疲劳寿命产生不确定的影响。本文以航空用BGA封装为研究对象，通过有限元法与概率分析相结合的方法，建立了含随机孔洞焊点的热疲劳寿命预测方法，研究了孔洞对焊点热疲劳寿命的影响规律。本文的主要工作和结论如下：（1）对BGA焊点内部缺陷进行无损检测，提取孔洞的随机特征参数并进行统计分析。使用X-Ray检测设备对BGA封装焊点进行无损检测，测得孔洞缺陷尺寸、位置和数量等特征参数，然后，对特征参数进行概率统计，得到特征参数的分布类型及概率密度函数。结果表明：孔洞半径服从正态分布，孔洞位置参数服从均匀分布，单个焊点内部孔洞数量服从

5、泊松分布。（2）开展电子封装焊点热疲劳寿命预测方法研究。采用Anand本构方程描述焊料的力学行为，采用有限元法求解电子封装焊点在温度循环载荷下的响应，利用Darveaux寿命模型预测焊点的热疲劳寿命，结果表明：危险焊点位于焊点阵列对角线最外层的位置，最大应力位于危险焊球上端与BGA接触区域。（3）建立含随机孔洞焊点的热疲劳寿命预测方法。结合子模型技术建立电子封装危险焊点参数化有限元分析子模型，通过多项式响应面模型建立孔洞随机特征参数与焊点平均粘塑性应变能密度增量之间的代理模型，并结合Darveaux寿命模型，最终建立

6、含随机孔洞焊点的热疲劳寿命预测方法。（4）经过分析得到：孔洞面积比在0.6%~18.8%范围内时，孔洞缺陷不会降低焊点的热疲劳寿命，反而焊点的热疲劳寿命会随着孔洞半径的增大而提高；当孔洞位于焊点顶部靠近BGA端即应力集中区域时，相对位于其他位置的孔洞，会使焊点的热疲劳寿命降低，而且此时，焊点热疲劳寿命对孔洞尺寸的敏感度也会降低；当存在多个孔洞时，最大尺寸孔洞的影响起主导作用，孔洞数量对焊点热疲劳寿命的影响较小。关键词：球栅整列封装（BGA），焊点，孔洞，有限元，热疲劳寿命I含随机孔洞BGA焊点热疲劳寿命预测方法研究A

7、BSTRACTThermalfatigueofsolderjointsisoneofthemainfailuremechanismsofavionicsintheworkingenvironment.Electronicpackaginginthemanufacturingprocess,thesolderjointswillinevitablyproduceinternalvoiddefects,andthesevoiddefectscanhaveanindefiniteeffectonthethermalfati

8、guelifeofelectronicpackages.Inthispaper,theBGApackageforaviationisusedastheresearchobject.Bycombiningthefiniteelementmethodandtheprobabilisticanalysis,amethodofpredictingthe