【摘要】：研究表明,數(shù)控系統(tǒng)硬件存在大量早期故障是影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的重要原因之一。為了為解決數(shù)控系統(tǒng)早期故障問題提供依據(jù),本文在對可靠性試驗方法進行分析的基礎(chǔ)上,本文提出從失效物理的角度出發(fā),采用有限元方法,以組裝有SOP封裝器件的電路板組件為對象,研究電路板組件環(huán)境應力篩選技術(shù),并提出優(yōu)化環(huán)境應力篩選剖面的建議。主要內(nèi)容如下:1.針對組裝有SOP器件的電路板組件在溫度循環(huán)載荷下焊點的疲勞壽命問題,利用數(shù)值模擬手段計算焊點在載荷下的溫度分布和應力應變響應,并選用修正版Coffin-Manson模型預測焊點疲勞失效所需時間,以此為依據(jù)研究溫度循環(huán)參數(shù)對焊點疲勞壽命的影響。結(jié)果表明:提高高溫端點溫度對減少焊點疲勞壽命最有幫助,其次增加溫變速率也可加速焊點疲勞破壞,而低溫端點溫度過低、高溫保溫和低溫保溫時間過長,均會降低篩選效率。2.針對組裝有SOP器件的電路板組件在隨機振動載荷下焊點的疲勞壽命問題,使用有限元方法對電路板組件進行模態(tài)分析,并計算其在隨機振動載荷下的應力情況和應力功率譜響應,根據(jù)Miner線性累積損傷理論和Dirlik模型估算焊點在隨機振動載荷下的疲勞壽命。結(jié)果表明:較大的振動強度、一階固有頻率處的振動信號和垂直于電路板方向的激勵可大幅減少焊點疲勞壽命,提高篩選效率。以某型號伺服驅(qū)動單元控制板為試件,采用正交試驗設(shè)計方法,對試件進行模態(tài)分析和隨機振動疲勞壽命試驗。對試驗結(jié)果分析可知,適量提高隨機振動加速度均方根值和使頻率范圍包含組件一階固有頻率均可顯著減少焊點疲勞壽命。試驗與仿真分析的結(jié)論基本一致。本文通過數(shù)值模擬手段,研究了溫度循環(huán)和隨機振動剖面各參數(shù)對焊點疲勞壽命的影響,基于分析結(jié)果提出了在環(huán)境應力篩選中優(yōu)化兩種應力類型剖面的建議。且對某型驅(qū)動控制板進行隨機振動疲勞壽命試驗,發(fā)現(xiàn)其結(jié)論與仿真分析基本一致。本文的研究成果,對于電路板組件環(huán)境應力篩選技術(shù)研究的發(fā)展具有重要的實際意義。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN41
【圖文】：

圖 1-1 典型失效率曲線產(chǎn)品進行環(huán)境應力篩選不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，固有可靠但是它可以將具有潛在缺陷的產(chǎn)品從整批產(chǎn)品中篩選出來維修使用階段可靠性。境應力篩選發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀應力篩選（Environmental Stress Screening, ESS）的提出源于 波羅計劃中對強化環(huán)境試驗的總結(jié)，1979 年，美國海軍的代表出環(huán)境應力篩選技術(shù)，使用對產(chǎn)品施加隨機振動和溫度循環(huán)藝方面的潛在缺陷[6]。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，其應用從最初的海軍個國防工業(yè)，并逐漸發(fā)展至其他民用行業(yè)。我國于 20 世紀 8選技術(shù)，隨后在 90 年和 93 年先后頒布了兩項國軍標 GJB 103篩選方法》和 GJB/Z 34《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應力篩選指南》，分

圖 2-1 SOP 器件和焊點幾何模型 圖 2-2 電路板組件幾何模型由于該模型的幾何特征和加載情況具有對稱性特點，為了減少仿真計算量，僅進行四分之一建模，因此實際仿真計算中僅計算兩個焊點的應力應變情況。在實際的溫度循環(huán)篩選中，將試件放置在溫度試驗箱中，試驗箱從某一箱壁輸入熱空氣，將溫度的載荷施加在器件表面。而仿真中則假設(shè)存在理想條件，直接在模型中的每一個器件外表面添加 Temperature 溫度載荷，且該載荷隨時間循環(huán)變化。實際條件與仿真條件相比，由于試驗箱要改變箱中和試件表面的溫度需要一定時間，因此實際篩選中相比于仿真需要更多的保溫時間來減小溫度滯后現(xiàn)象的影響。焊接 SOP 器件的焊料為 63Sn37Pn，對其力學本構(gòu)關(guān)系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示為 63Sn37Pn 焊料模型參數(shù)[30]。其它材料屬性如表 2.2 所示[27]。網(wǎng)格劃分后的模型如圖 2-3 所示。

圖 2-1 SOP 器件和焊點幾何模型 圖 2-2 電路板組件幾何模型由于該模型的幾何特征和加載情況具有對稱性特點，為了減少仿真計算量，僅進行四分之一建模，因此實際仿真計算中僅計算兩個焊點的應力應變情況。在實際的溫度循環(huán)篩選中，將試件放置在溫度試驗箱中，試驗箱從某一箱壁輸入熱空氣，將溫度的載荷施加在器件表面。而仿真中則假設(shè)存在理想條件，直接在模型中的每一個器件外表面添加 Temperature 溫度載荷，且該載荷隨時間循環(huán)變化。實際條件與仿真條件相比，由于試驗箱要改變箱中和試件表面的溫度需要一定時間，因此實際篩選中相比于仿真需要更多的保溫時間來減小溫度滯后現(xiàn)象的影響。焊接 SOP 器件的焊料為 63Sn37Pn，對其力學本構(gòu)關(guān)系的描述采用 Anand 模型，表 2.1 所示為 63Sn37Pn 焊料模型參數(shù)[30]。其它材料屬性如表 2.2 所示[27]。網(wǎng)格劃分后的模型如圖 2-3 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2771915