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《天津大学》 2006年
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PCB组件热—力分析的有限元模型及仿真

赵健  
【摘要】: 在SMT向着高密度、微型化方向发展的今天,印制线路板组装件(PCB组件)高度集成化复杂性的生产要求对再流焊的可靠性提出了巨大的挑战。PCB组件在再流焊过程中的翘曲变形是PCB组件可靠性研究中的重点问题之一,它将导致元件贴装和焊点的失效等问题。因此,利用有限元ANSYS软件对PCB组件再流焊的完整过程进行三维模型仿真,对PCB组件在再流焊过程中受到的热冲击进行更加深入、细致的热-力分析,找出造成翘曲的根本原因,从而避免和减少PCB组件翘曲问题的发生,保证PCB组件的质量,具有非常重大的理论和实际意义。 本文通过采用复合材料力学中的层合板基本理论,对PCB板的热应变和热应力进行了分析,建立了在某一约束条件下的层合板翘曲数学模型,并利用有限元法建立了PCB组件在再流焊过程中的温度场和热变形的数学模型。此外,利用有限元ANSYS软件对PCB组件在整个红外再流焊炉中的焊接过程建立了实体模型,进行了PCB组件再流焊全过程的三维动态模拟和仿真。得到以下研究成果:获得了PCB组件在再流焊过程中,随时间变化的温度场分布、翘曲变形情况及应力分布图;通过对PCB组件在再流焊中各温区、各时段的温度场分布、翘曲变形情况和热应力分布进行对比研究,深刻剖析了造成PCB组件变形的根本原因,主要是由于PCB组件组成材料的热膨胀系数不同;在再流焊过程中,PCB组件经历不同的温区加热,温度分布不均匀,又由于PCB板的组成材料FR-4、铜箔和PLCC元件的热膨胀系数不同,致使PCB组件各区域的自由膨胀和收缩受到制约,从而产生了热应力,导致PCB组件在再流焊过程中发生翘曲变形;PCB组件在各个温区加热时,随着时间的推移,PCB组件上的温度场分布发生变化,引起了热应力的变化,从而导致PCB组件在各温区、各时段的翘曲变形大小不同,从再流焊区过渡到冷却区时段的翘曲变形最大,对PCB组件质量的影响最大;并通过以上对PCB组件在再流焊过程中受到的热冲击进行比较透彻的热-力分析,提出了减小翘曲的方法。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN41

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【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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