多层印刷电路板组件结构的热-力分析

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1、多层印刷电路板组件结构的热－力分析ThermalandMechanicalAnalysisofMultilayerPrintedCircuitBoardAssemblyStructure作者姓名吴许杰学位类型学历硕士学科、专业固体力学研究方向工程结构数值分析与计算机辅助工程导师及职称牛忠荣教授2013年3月多层印刷电路板组件结构的热－力分析摘要PCB设计和制造过程中采用了多种材料，如阻焊材料、金属材料以及一些树脂复合材料等，各种材料热膨胀系数的差异容易造成PCB的翘曲，从而影响封装系统的安全稳定性。仿真技术对于PCB设计及工艺的改进有着重要的作用；本文对PCB结构进行

2、了力学建模，采用有限元法分析和比较了温度变化及不同约束条件下PCB结构的基板厚度、FR-4材料的弹性模量以及阻焊材料热膨胀系数三种设计参数对PCB翘曲的影响，并对PCB结构设计参数的选择给出合理的建议。芯片分布对PCB的应力场、位移场和温度场有着重要的影响。本文分析了两种不同的芯片分布方案下PCB的温度场，讨论了芯片分布对温度场的影响；同时通过更改模型中对流传热系数值的大小，探究了对流传热系数对PCB温度场的影响。另外，本文分析了两种芯片布局情形下，PCB在再流焊过程中的翘曲变形和应力分布，讨论了芯片分布对PCB应力场和位移场的影响。本文针对PCB结构所建立的计算模型

3、和提出的计算方案，有助于PCB设计参数选择及其翘曲度和应力水平的控制，对PCB上芯片的合理布局也具有一定的参考价值。关键词：PCB；设计参数；有限元法；翘曲；芯片布局ThermalandMechanicalAnalysisofMultilayerPrintedCircuitBoardAssemblyStructureABSTRACTTheprintedcircuitboard(PCB)iscomposedofseveralmaterials,suchassolderresistmaterial,metallicmaterial,aswellassomeoftheres

4、incompositematerial(FR-4).DuringthePCB’smanufacturingprocess,thedifferenceincoefficientofthermalexpansion(CTE)ofthevariousmaterialsislikelytoleadthewarpageofthePCB,whichreducesthesafetyandstabilityoftheworkofthepackagingsystem.ThenumericalsimulationtechniqueplaysanimportantroleforPCB’sd

5、esign.Inthisthesis,thefiniteelementmethod(FEM)isusedtoanalyzethemechanicalpropertiesofthePCBstructuresinthecasesofvariousdesignparametersundervariationofthemanufacturingtemperaturesanddifferentconstraintconditions.ThecomputedresultsarediscussedabouttheinfluencesonthePCB’swarpageduetothe

6、choicesofthicknessofthesubstrate,modulusofelasticityoftheFR-4,andthethermalexpansioncoefficientofthesolderresistmaterial.Basedonthecomparisonanddiscussion,somebeneficialsuggestionsaregivenonthechoiceofthedesignparametersofthePCB.Thechiplayouthasanimportantinfluenceonthestressdistributio

7、n,displacementandtemperaturefieldofthePCB.Inthepresentthesis,theinfluenceofthechiplayoutonthetemperaturedistributionofthePCBhasbeendiscussedbyanalyzingthetemperaturefieldundertwodifferentchiplayoutprograms.Atthesametime,theinfluenceoftheconvectiveheattransfercoefficientonthePCB