表面贴装技术中焊接点的应力应变数值模拟

第1页共23页表面贴装技术中焊接点的应力应变数值模拟摘要伴随着电子工业的发展，电子封装作为一门独立的新型高技术行业迅速成长起来。表面贴装技术(SurfaceMountTechnology，简称SMT)作为电子封装的一项技术突破，被誉为“电子封装技术革命”，它具有诸多优越性，但也存在着致命的弱点：整个焊点在受到热循环冲击时由于各个材料热膨胀系数不同而产生集中应力并最后导致焊点开裂。由于焊点尺寸细小，现有的实验手段很难直接对焊点的应力应变进行检测。于是，利用有限元模型的方法进行分析，成为当前最可行的方法。本文根据以上情况对表面贴装技术中焊接点在热循环下的应力应变情况做了数值模拟。关键词：表面贴装技术；应力应变；热循环；有限元第2页共23页TheNumericalSimulationofStressandStrainforSolderingPointinSurfaceMountTechnologyABSTRACTWiththedevelopmentofelectronicindustry,electronicpackaginggrowsuprapidlyasanindependentnewhigh-techcalling．Amongallthetechnologyoptions，surfacemounttechnology(SMT)isthefastestexpandingonewhichwasthoughtas“ARevolutionoftheElectronicPackaging”Ithasmanyadvantages,butthereisafatalweakness:Thesolderjointsunderthermalcyclingimpactsinvariousmaterialsduetodifferenceintheexpansioncoefficientofstressconcentrationandeventuallyleadtosolderjointcracking.Duetothefine-smallsolderjointdimension，existingexperimentmeasurescan’tbeusedtomonitorthestressandstrainofsolderinner,whenthermalfatigueexperimentisprocessing．Sothefiniteelementmodelanalysisisthemostfeasiblemeans．Basedontheabove,thisDissertationdidnumericalsimulationofstressandstrainforsolderingpointinsurfacemounttechnology.Keywords：SMT;StressandStrain;ThermalCycle;FiniteElementMethod第3页共23页目录第一章引言.................................................................................................................................................4§1.1研究背景和目的.........................................................................................................................4§1.1.1SMT介绍及发展历程......................................................................................................4§1.1.2SMT工艺流程..................................................................................................................5§1.1.3SMT焊点失效原因..........................................................................................................6§1.1.4目前的研究进展.............................................................................................................7§1.2本文的工作..................................................................................................................................7第二章有限元方法及ANSYS介绍.................................................................................................................8§2.1有限元方法介绍.........................................................................................................................8§2.1.1有限元方法概述.............................................................................................................8§2.1.2有限元方法分析问题的主要步骤..................................................................................9§2.2ANSYS软件介绍..........................................................................................................................9第三章力学模型的建立.............................................................................................................................11§3.1三维实体模型的建立...............................................................................................................11§3.2材料参数的设定与单元的选择...............................................................................................12§3.3网格的划分...............................................................................................................................13第四章焊点有限元模型在热循环下的计算与分析.................................................................................15§4.1加载边界条件和温度载荷.......................................................................................................15§4.2多载荷步计算...........................................................................................................................16§4.3计算结果显示...........................................................................................................................16§4.4计算结果分析...........................................................................................................................19§4.5热疲劳寿命计算.......................................................................................................................20第五章总结与展望.....................................................................................................................................21参考文献.......................................................................................................................................................22致谢.............................................................................................................................................................23第4页共23页第一章引言本章节为引言部分，主要介绍SMT的发展历程，工艺流程，前人对SMT焊点失效的原因探索以及本文的主要研究工作。§1.1研究背景和目的§1.1.1SMT介绍及发展历程现代社会的需求总能促进科学技术的发展。在现代社会，电子技术已经进入了国民生产和生活的方方面面，包括超小超薄的便携式电话，计算机的各个零件，以及各种高精度现代智能电子设备。正是社会对这些设备的需求促使了电子技术的迅猛发展。而随着电子技术的迅猛发展，对电子产品的整体质量和可靠性也提出了更高的要求。电子封装和组装技术正是制造电子产品的核心技术之一。据相关文献报道[1]：电子产品的体积的70%-90%由封装技术决定；封装占整个电子产品成本的30%-80%；超过50%的产品的实效和封装技术有关。表面贴装技术（SurfaceMountTechnology,简称SMT)作为第四代封装技术[2],被誉为90年代世界十大新技术之一，它的优点是组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右。一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40