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元器件点胶方式对芯片可靠性的影响

更新时间:2009-03-28

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不同种类、材料的电子元器件通过表面贴装、通孔安装等方式安装到印制电路板(PCB)上。在工作过程中,大多数的电子线路故障是由于元器件引线或焊点发生机械故障造成的。近年来,经过大量工程试验和案例已经表明:大约有20%的电子线路故障是由于振动和冲击造成的[1]。因此为了提高电子设备的可靠性,需要对电子设备进行振动分析,以便于更好地指导产品的设计工作。

研究表明,在部分情况下,振动冲击所引起的疲劳失效甚至会成为焊点的主要失效原因,为了解决这一问题,可采用点胶的方式对芯片进行加固,已达到减小焊点上的应力,提高焊点的可靠性的目的[2]。通过Workbench仿真软件,针对表贴芯片建立三维模型,在随机振动条件下,分析其长胶、短胶(中间)、短胶(四角)和无胶四种不同点胶方式对元器件焊腿可靠性的影响。为随机振动条件下表贴芯片的点胶方式提供理论指导。

1 电子设备结构形式和有限元模型建模

1.1 电子设备结构形式

以某机载电子设备中的印制板为例,使用Workbench有限元软件对典型表贴器件在随机振动条件下的力学行为进行模拟分析。表贴器件通过管腿与印制板相连接,为保证仿真精度,芯片采用完整模型进行仿真建模,对印制板上的六个安装孔设置全约束,结构形式如图1所示。仿真加载条件为20~2 000 Hz的随机振动,量值为0.1 g2/Hz。

  

图1 电子设备结构形式

1.2 有限元模型建模

由于该结构的复杂性,考虑到仿真计算速度的问题,需要对该模型进行合理化的简化,以保证仿真的高效性和可操作性。简化操作包括:①忽略印制板上的次要器件,建立主要考核器件模型;②忽略相关结构件,约束直接施加在螺纹孔内壁;③忽略器件上的小圆角等不会对计算结果产生明显影响的特征。按上述原则进行建模,对于四种不同的点胶方式,其模型示意图见表1所示。

在模型建立过程中,表贴芯片采用陶瓷封装形式,其弹性模量为370 GPa,泊松比为0.23,密度为2 300 kg/m3;管腿材料为可伐合金,其弹性模量为137 GPa,泊松比为0.35,密度为8 000 kg/m3;点胶材料为环氧灰胶,其弹性模量为3 GPa,泊松比为0.3,密度为2 000 kg/m3;印制板材料采用FR4,其弹性模量为15 GPa,泊松比为0.28,密度为3 000 kg/m3

滞后性对于新政策下的税收所带来的影响是深刻的,对于政策制度新消息的了解滞后,会带来双重征税等的不利影响,从而会打击贸易国家企业的积极性。要避免该特性的产生,首先应该正确且全面地评估滞后性,包括征税的对象范围等方面,确定评估的时长,评估过程中的参与人员等。其次是要合理地选择克服这一特性的正确方式。如制定新的法律标准和条款,修改相关法条,增加相关法条的解释条款等方式,双方国家应该就自身的具体情况来选择适合的方式。最后,在克服的过程中要有计划和侧重点,时刻紧盯最新发布的新政策,根据大环境的改变来修改法律法规,不能一直沿用最初所制定的方案。

表1 四种不同点胶方式示意图

 

2 电子设备结构随机振动分析

2.1 模态分析

逆变器工作在第i状态时,施加在定子绕组上的电压空间矢量ui(SaSbSc)所处位置及指向总是与F的位置及指向一致的。但因F按六步转动,而(SaSbSc)组合的开关状态还有(0 0 0)和(1 1 1)二种,对电机本体来说,这二种开关状态下电枢三相对称短路,气隙合成磁动势趋近于零,将电压空间矢量u0(0 0 0)和u7(1 1 1)称为零矢量。

左右的影响。其中,短胶(中间)这种加固方式对结构的刚度影响最大,其振型与其他三种方式不同,最大形变位置更靠近印制板的几何中心位置。文中选取了位置1处的芯片最为主要考核对象,从随机振动的结果中可以看出,短胶(中间)情况下芯片管腿上的应力最大,这可能是由于位置1处的芯片离印制板上最大变形处的距离较近,较大的变形导致了管腿上的应力变大。其他三种情况下,位置1处的芯片离印制板最大变形位置较远,因此管腿上的应力较小。

从结果中可以看出,不同点胶方式对频率及振型是存在影响的。在短胶(中间)的情况下,最大变形产生的位置更靠近印制板的几何中心,而其他三种情况下的最大变形位置则会靠近印制板的左侧。分析固有频率的结果发现,在点长胶和短胶(四角)两种情况下,印制板整体的一阶固有频率相比于无胶情况下会有轻微的下降(2%左右)。根据公式:

 

从模态仿真结果中可以看出,对印制板上的芯片采用点胶处理,会对印制板的一阶固有频率产生5%

选择印制板上位置1处的芯片进行应力分析,在长胶、短胶(中间)、短胶(四角)和无胶四种不同点胶模式下,芯片管腿上的最大应力分别为:14.9 MPa、29.3 MPa、13.3 MPa以及13.9 MPa。从结果中可以看出,芯片的管腿在短胶(中间)的加固方式下,管腿上的应力发生了成倍的增加。在其余三种加固方式下,管腿上的应力相差不大,差值在1 MPa左右,其中以短胶(四角)这种加固方式最优。

表2 四种不同点胶方式振型示意图

 

2.2 随机振动分析

从公式中可以看出,在系统质量一定的情况下,系统的固有频率与结构的刚度成正比。结合仿真结果分析,发现盲目的点胶并不一定能增加系统的刚度,在长胶和短胶(四角)两种情况下反而会产生相反的效果。

2.3 仿真结果分析

式中:k为系统刚度,m为组成该系统的质量[5]

在传感器方面,可以根据实际需要来挂接不同类型的传感器,像常用的温度、压力、温度等。鉴于海事活动的特殊性,配置GPS全球定位系统是十分有必要的。由GPS设备采集得到船位信息可以通过处理船舶航迹线,将某一海域内所有船舶的航迹线显示在一个画面上就可以对航道进行整体的交通设计等,这可以被看作是对船舶自动识别系统交通流设计功能的有益补充。

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以某机载电子设备中的印制板为例,分析了印制板上芯片在不同点胶情况下管腿上应力的大小。盲目的对芯片进行点胶加固是不科学的,例如文中位置1处(印制板几何中心偏上)的芯片在短胶(中间)这种情况下,管腿上的应力远大于无胶的情况。对于位置1处的芯片,采用短胶(四角)这种方式明显更好。因此,在芯片的点胶加固设计中,需要结合芯片在印制板上的具体位置,进行初步分析之后,再选择相应的点胶工艺,从而真正起到对芯片的加固效果,提高芯片的可靠性。

收回的在校生调查问卷中,有20余位同学对于课程建设给出建议,主要是:多动手实践,多参与企业的顶岗实习,企业与学校之间实现资源共享来提高自己各方面的能力。

首先对整体模型的固有频率进行分析,提取长胶、短胶(中间)、短胶(四角)和无胶四种不同点胶模式下的模型固有频率,其一阶固有频率依次分别为453 Hz、492 Hz、443 Hz和460 Hz。四种情况下的振型云图如表2所示。

参考文献:

[2] Meyyappan K, Mcallister A, Kochanowski M, et al. Effects of Glue on the Bend Performance of Flip Chip Packages[J]. IEEE Transactions on Components & Packaging Technologies, 2008, 31(3):670-677.

[1] Steinberg D S. Vibration analysis for electronic equipment[M].New York: John Wiley & Sons,Inc,2000.

早在2016年9月,广发中债7-10年国开行债、易方达中债7-10年国开行债等首批国开债指数基金就完成了发行和设立,填补国内政策性金融债指数基金产品的空白。然而此后两年,政策性金融债指数基金产品却没有受到市场太多的关注,成立数量也寥寥无几,直到今年四季度才迎来又一波密集发行。11月15日,广发基金发布公告,宣告旗下广发中债1-3年国开行债券指数基金仅发行11月12日一天,便提前结束募集,首募规模213.7亿元,成为国内首募规模最大的债券指数基金。

[3] 郭建平,任 康,杨 龙,等.基于MSC. Fatigue 的电子设备随机振动疲劳分析[J].航空计算技术,2008,38(4):48-50.

[4] 梁震涛,徐德好,李玉峰,等.直升机载设备安装架的随机振动分析[J].电子机械工程,2009,25(5):21-24.

[5] 邱成悌,赵惇殳,蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社,2005.

SH T11 的内部结构如图2所示。其中,温度传感器( Temp . Sensor)采用由能隙材料制成的温度敏感元件,湿度传感器( %RH Sensor)采用电容性聚合体湿度敏感元件。2 个传感器输出的信号被放大后送入1个 14 位 ADC ,转换成数字信号再送给I2C总线接口,最后通过I2C接口以串行方式输出。校验存储器(Calibration Memory)用于存储在恒湿或恒温环境下的校准系数,用于测量过程中的非线性校准。

 
姜健,醋强一,张丰华,田沣,刘治虎
《机械研究与应用》 2018年第02期
《机械研究与应用》2018年第02期文献

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