vf-BGA封装焊球热疲劳可靠性的研究

采用有限元分析方法对 vf- BGA焊球的热疲劳特性进行了模拟 .通过扫描电镜 (SEM)对温度循环试验后焊球金属间化合物 (IMC)层和剪切强度试验后的断裂面进行了形貌、结构和组分的观察及分析 .实验和模拟结果表明 :热疲劳负载下焊球的剪切疲劳强度 ,受到焊球塑性应变能量的积累和分布以及金属间化合物层的厚度和微结构变化导致的界面脆性等因素的影响 .使用

不同应变速率下BGA焊球剪切断裂试验与模拟分析

研究了BGA封装Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊球经115℃时效后,焊球/铜界面IMC的形貌和组织变化,同时对BGA焊球在两种不同应变速率条件下的抗剪强度进行了分析,并运用ANSYS12.0软件对其过程进行2-D非线性有限元模拟.试验结果表明,随着时效时间的延长,界面形貌由时效前的树枝状变成连续平坦的层状、界面IMC不断增厚,且焊球的抗剪强度随着时效时间的增加而不断降低;应变速率越高,抗剪强度越高.模拟结果表明,应变速率越高,焊球经受的抗剪强度越大,Von Mises应力越大,等效塑性应变越小,塑性应变能密度越大.

BGA器件无铅焊点剪切性能模拟

针对BGA无铅焊点的抗剪切性能问题，基于Anand粘塑性本构方程，利用数值模拟方法研究了试验参数对焊点剪切强度的影响。研究结果表明在不同的剪切速率下，焊点的力学行为是类似的，但是力学响应表现出时间相关性：经过弹性变形阶段、屈服阶段、塑性变形阶段，出现了加工硬化现象，最终在靠近焊球／焊盘界面处断裂失效。在150～350μm／s的剪切速率范围内，随着剪切速率的增加，焊点的剪切力增大了12．6％；当剪切高度在50～200μm范围内变化时，剪切力随着剪切高度的增大降低了2．9％。在高密度细间距焊点的情况下，焊合面积彳较小，此时剪切高度对剪切力大小的影响减弱。研究结果证实了在焊点的剪切试验中存在着“尺寸效应”，焊点的剪切强度与焊球直径成反比例关系。此方法可为焊点剪切试验的参数优化、焊点强度的快速评估等提供参考。

基于有限元分析的BGA焊点可靠性研究

介绍了应用最小能量原理对球栅阵列(BGA)器件焊点建立三维形态预测模型,以及利用有限元方法分析不同形态焊点在热循环条件下的应力应变分布特征.基于分析结果对三种不同引脚中心距的BGA进行组装工艺优化设计,通过环境筛选试验的验证,考核了工艺设计的可靠度.证明热应力交变下,焊点内部疲劳损伤现象与理论预测一致,有限元分析(FEA)在焊点可靠性研究中是一种有效的途径.

BGA几何建模对仿真分析结果的影响研究

有限元分析是研究BGA封装焊点可靠性以及疲劳寿命的主要手段,由于焊点密集,通常需要通过简化模型进行计算。本文分别以球形、柱状及混合型三种焊点形状建立了含有BGA封装的电路板有限元模型,对比分析了三种焊点模型下含BGA封装的电路板的模态特性、随机振动响应、疲劳寿命计算结果,结果表明柱状焊点可有效提高计算效率,球状焊点最接近真实情况,混合型焊点具有代替球形焊点的可行性。

剪切速率对BGA无铅焊点抗剪强度的影响

测试了BGA(球栅阵列)无铅焊球Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点经65,115,165℃时效保温不同时间后在剪切速率0.5,10 mm/s下的强度,并对BGA焊球在不同的应变速率条件下的抗剪强度进行模拟对比。结果表明:随时效时间的延长,温度的升高,焊点抗剪强度降低,有限元分析(FEA)发现,应变速率越高,焊点抗剪强度越大,Von Mises等效应力越大,等效应变越小。

纳米压痕法测量SAC305焊料的力学性能

高密度电子器件的发展使得BGA封装逐渐成为主流封装形式,焊点作为BGA封装中最脆弱的连接部位,其力学性能参数对于器件可靠性设计至关重要。鉴于焊料力学性能测试中存在尺寸效应,采用纳米压痕测试技术提取了BGA封装中广泛使用的SAC305无铅焊料的力学性能参数。由压痕过程中得到的载荷-位移曲线获得了焊料的杨氏模量、硬度和蠕变应力指数,分别为62.43 GPa,198.88 MPa和14.51。另外,采用反演法和有限元模拟结合的方式研究了焊点屈服应力和应变硬化指数与加载曲线拟合方程的关系,提出了一种能更好地反演屈服应力的公式,并由此得出SAC305焊料的屈服应力为43.9 MPa,应变硬化指数为0.05。

预应力混凝土扁梁框架中节点有限元分析

通过对4个预应力混凝土扁梁框架中节点试件进行有限元数值模拟,考虑节点区预应力筋穿柱与否作为影响因素,分析了节点核心区混凝土拉应变以及箍筋拉应力的变化情况。结果表明,预应力提高了节点核心区混凝土的抗剪承载力,而预应力筋水平位置变化对节点的抗剪强度影响很小。

钢管高强混凝土叠合柱核芯区抗剪试验研究与有限元分析

通过 2个仅核芯区配箍不同的钢管高强混凝土叠合柱 -混凝土梁节点往复加载试验 ,研究了叠合柱核芯区的抗剪性能。结果表明 ,由于小钢管和钢翅片的作用 ,剪切破坏的核芯区仍有良好的耗能能力和变形能力。对其中一个核芯区箍筋加密的试件进行了非线性有限元分析 。

UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析

预制拼装UHPC桥梁的拼接接缝是该类桥梁整体受力尤其是剪切受力的关键.为探究UHPC大键齿干接缝的直剪性能,基于ABAQUS塑性损伤模型建立了非线性有限元模型,并采用现有文献的UHPC键齿干接缝试验数据进行了模型校验.以校验的有限元模型为基础,研究了UHPC大键齿干接缝直剪性能及剪切破坏过程,揭示了其两种主要破坏模式,即滑移破坏和直剪破坏.同时,开展了UHPC干接缝的大键齿尺寸参数分析,考虑的参数主要包括:键齿深度、键齿倾角和侧向应力;根据计算分析结果,大键齿尺寸建议取深齿比0.15~0.25且键齿倾角小于37°较为合理.此外,基于摩尔应力圆理论和有限元计算结果,建立了UHPC大键齿干接缝直剪承载力计算公式,经试验数据验证具有良好的适用性.

埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变分析

建立了埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变有限元分析模型,分析了焊点材料、焊点间距、PCB支撑跨度及焊点阵列对焊点弯曲应力应变的影响,结果表明,三点弯曲加载条件下,埋入式基板微尺度BGA焊点阵列的最大弯曲应力应变均出现在最外围拐角处焊点上.当三点弯曲加载到相同位移载荷下,SAC387材料焊点的弯曲应力最大,62Sn36Pb2Ag材料焊点的弯曲应力最小;随着支撑跨度的增大,焊点内最大弯曲应力应变均随之减小;随着BGA焊点间距的增大,焊点内部最大弯曲应力应变值均增大;随着BGA焊点阵列数的增大,焊点内部最大应力应变值均增大.

压剪组合作用下摩擦型高强螺栓连接斜撑节点力学性能

为明确摩擦型高强螺栓连接接头的受力性能,建立了不同角度、不同摩擦系数、不同连接板厚度及不同螺栓杆直径的连接件的数值模型,并研究了压剪组合作用下不同参数连接件的破坏模式、初始滑移荷载及极限荷载。研究结果表明:连接件的破坏模式主要分为螺栓剪断、连接板螺栓孔挤压破坏及连接板屈曲3种;摩擦系数越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越大,摩擦系数对角度较小的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响更为明显;角度越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越小,角度对摩擦系数较大的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响较为显著;板厚对连接件的初始滑移荷载影响不大,但对极限荷载影响较大,连接板越厚,极限荷载越大;连接接头的初始滑移荷载和极限荷载与螺栓杆直径成线性关系,螺栓直径越大,连接接头的初始滑移荷载与极限荷载越大。研究结果可为钢结构梁柱斜撑设计及节点加固改造提供参考。

CFRP-铝合金层合板螺栓连接失效仿真及实验研究

基于ABAQUS有限元仿真软件,建立了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)-铝合金层合板单搭接螺栓连接(单钉单剪)的有限元仿真模型,对不同铺层下单钉单剪接头的承载过程的损伤模式和失效形式进行了分析。探究了不同铺层对接头的承载强度的影响。为了验证仿真结果,对接头在拉伸承载条件下的进行了拉伸试验。结果表明,不同铺层的接头损伤主要表现为碳纤维以及孔周边胶层的拉伸损伤以及下层铝合金层的损伤失效。通过对比,从接头强度看,仿真结果与验证实验结果的误差在6%以内,说明此仿真模型的有效性,从而为该类型接头的设计及强度校核提供了较好的参考依据。

微尺度BGA焊点拉伸过程有限元仿真分析

建立了微尺度BGA焊点拉伸有限元分析模型,研究了拉伸加载条件下焊点高度、直径和焊盘直径对焊点拉伸应力应变的影响。结果表明:拉伸条件下,微尺度BGA焊点顶端和底端的应力应变要大于焊点中间部分,焊点顶部和底部位置为高应力应变区域;在只单一改变焊点高度、直径和焊盘直径其中之一的前提下,随着焊点高度、直径和焊盘直径的增加,微尺度BGA焊点内的最大应力应变均相应减小;在置信度为90%的情况下,焊点直径对拉伸应力影响最大,其次是焊盘直径,最后是焊点高度;焊点直径对焊点拉伸应力具有显著影响,焊盘直径和焊点高度对焊点拉伸应力影响不显著。