基于ANSYS-LS-DYNA板级焊点跌落分析
第37卷第2期电子元件与材料V ol.37 No.2 2018年2月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Feb. 2018
基于ANSYS/LS-DYNA板级焊点跌落分析
周嘉诚，刘芳
（武汉纺织大学 机械工程与自动化学院，湖北 武汉 430073）
摘要: 研究了不同跌落条件对板级焊点跌落时的应力变化影响。运用有限元软件ANSYS 的LS-DYNA模块对电路板组件进行建模与跌落分析，比较不同跌落高度和不同刚性跌落面下板级焊点的应力变化。结果发现:通过LS-DYNA模块对电路板组件进行跌落仿真，能更加真实地反映出电路板组件的跌落情况。跌落后焊点的应力集中区域出现在焊点与靠近封装一侧的接触面边缘处，且跌落高度越高，焊点的最大应力值越大;接触面材料刚性越大，焊点应力分布越大，焊点越容易失效。
关键词: LS-DYNA；焊点；跌落；应力；刚性；失效
doi: 10.14106/https://www.sodocs.net/doc/b415978417.html,ki.1001-2028.2018.02.014
中图分类号: TN306 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2018）02-0075-04
Drop analysis of board level solder joints based on
ANSYS/LS-DYNA
ZHOU Jiacheng, LIU Fang
(School of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China)
Abstract: In order to study the influence of stress variation on the board level solder joints under different drop loads, ANSYS LS-DYNA was adopted to analyze the dynamics responses of the PCB assembly. Under different heights and different stiff targeted surface of dropping, the stress concentration area of the solder joints appeared near the interface between the BGA package and pads. The higher the height is, the bigger the stress value is. The bigger the stiffness of the targeted surface and the distribution of the stress are, the easier the solder joint failure is.
Key words: LS-DYNA; solder joints; drop; stress; stiffness; failure
近年来随着电子科技的迅速发展，电子产品朝向小型化便携式的趋势愈加明显。电子设备尺寸与厚度的减小，对芯片封装的要求越来越高。而且，便携式电子产品在运输和使用的过程中容易发生跌落，使得芯片封装焊点承受相当的应力应变，对电子产品的可靠性带来了极大考验。
目前已有许多学者开展了板级跌落实验研究。在力学方面，基于JEDEC标准研究板级跌落焊点的失效机理[1-2]，评估BGA（Ball Grid Array）焊点疲劳的寿命[3-4]，进行焊点应力分析[5]等。在材料方面，银含量对无铅焊点失效模式影响研究[6]，掺杂Mn 对改善SAC焊点可靠性的实验[7]等。部分学者在焊点形状和接触上进行了研究[8]，探究焊点的不同形状对BGA封装跌落可靠性的影响[9]，不同接触面对其失效的影响[10]。
电子设备跌落测试的周期偏长，成本过高，实验可重复性差，而跌落仿真恰好可以弥补实验过程中的不足。但是目前利用软件仿真大多在电路板上施加实验测试的加速度，从而模拟跌落冲击。本文则通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA模块对电路板组件进行跌落仿真，该方式能够更好地模拟出电路板组件的真实跌落情况，分析电路板在重力加速度下的焊点应力分布，并与已知实验结果对比，找到焊点跌落时候的危险区域。比较了不同跌落高度下
研究与试制
基金项目：国家自然科学基金项目资助（51775388）；湖北省教育厅科学研究计划青年人才项目资助（Q20141608)收稿日期：2017-11-12 通讯作者：周嘉诚
作者简介：刘芳（1976－），女，湖北荆州人，副教授，博士后，研究方向为振动冲击分析；
周嘉诚（1992－），男，湖北武汉人，研究生，方向为电路板可靠性研究。
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