正弦振动下PCBA翘曲对BGA焊点疲劳寿命的影响

唐修卿，张剑，徐标，胡志勇

（中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海 201800）

0 引言

随着加固计算机性能和功能的提升，印制板组件（PCBA）的集成度也在不断地提高，涉及到的很多因素都会引起PCBA翘曲，即沿印制板板面垂直方向的变形。当翘曲的PCBA与结构件组装时，焊点上容易产生很大的应力，严重时会导致焊点开裂、失效[14-16]。本文基于焊点材料的S-N疲劳曲线，利用有限元法研究了正弦振动下PCBA翘曲对BGA焊点振动疲劳寿命的影响。

1 焊点正弦振动疲劳寿命预测模型

焊料的S-N疲劳曲线如图1所示。

图1 63Sn37Pb的S-N疲劳曲线

Dave[17]提出了基于焊料S-N疲劳曲线的焊点正弦振动疲劳寿命的预测方程：

式（1）中：S——发生故障的应力；

h——在应力S下产生疲劳故障前的时间，单位为s；

Stu——焊点材料的极限拉伸应力，63Sn37Pb的Stu为44.82 MPa；

Ntu——在应力Stu下故障前经受1 000个循环；

怎么赔？阿花诚恳地望着我。用你的一生。我拉过阿花的手。阿花抽出手，说阿坤，不行，你不了解我，有件事你不知道……我，曾是别人的二奶。

b——焊点材料对于振动快速循环的斜率，63Sn37Pb的b为6.4；

f——PCBA的固有频率。

假设PCBA和BGA焊点的形变均满足线弹性时，通过有限元计算可分别得到PCBA的固有频率f和焊点的Von-misses等效应力S，从而得到产生疲劳故障前的时间h。

2 PCBA有限元模型

2.1 PCBA三维模型

PCBA主要由印制板、BGA焊点和芯片等几个部分组成，其结构尺寸如图2和表1所示。

图2 PCBA组件

表1 PCBA组件尺寸

为了分析印制板的翘曲度对BGA焊点振动疲劳寿命的影响，将对不同螺钉孔与焊点间距d进行比较。

2.2 材料参数

PCBA的各个组成部分的材料力学参数如表2所示。