小尺度薄型封装焊点失效机理和可靠性设计

通过实验研究了印刷电路板（print circuit board,PCB）设计对小尺寸薄型封装（thin small outline package,TSOP）焊点可靠性的影响.实验制作了包含引脚焊盘的长度、焊盘的表面处理方式及背靠背的双面贴装偏移量3种设计参数的可靠性测试板,并采用表面贴装工艺（surface mount technology,SMT）将TSOP器件焊接到测试板上;经-40～85 ℃的高低温循环试验后,收集了TSOP引脚焊点裂纹的生长数据;讨论了焊点失效的机理,相应考虑了2种可靠性判断准则,并对各参数条件下的裂纹数据进行比较.结果表明,长尺寸焊盘、有机保焊膜（organic solderability preservatives,OSP）及不对称的两面布置方式有助于提高TSOP引脚的焊点可靠性.     

基于正交试验六韧带手性结构展收几何参数优化

针对目前手性结构采用的传统材料并不具备大变形后自恢复的能力,提出一种在面内具备展收特性的金属材料用于六韧带手性结构.利用有限元分析了节环间距、节环直径、节环高度以及韧带厚度等4个因素对六韧带手性结构收拢和展开后的最大应力的影响.以展开后的最大应力为指标,通过正交试验,分析得到了各个因素的影响程度由主到次依次为节环间距、韧带厚度、节环高度和节环直径,并通过极差分析和方差分析选出了一组最优参数,即节环间距70 mm、韧带厚度0.06 mm、节环高度8 mm、节环直径22 mm,并且通过试验验证了仿真模型的可靠性及本手性结构具备大变形后自恢复的能力.     

短焊钉布置对超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能影响

为考察短焊钉连接件布置对钢?超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板抗弯性能的影响，进行了焊钉间距分别为200与300 mm的2种足尺节段桥面板试件弯曲荷载试验和基于UHPC塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明：在部分组合桥面板中，焊钉间距由200 mm变为300 mm，UHPC开裂达0.05 mm宽时对应的荷载等级提升了12.5 %，主要贡献是钢?UHPC组合效应减弱。UHPC开裂达0.10 mm宽时的拉应变平均值为1 878×10^-6，占材料极限拉应变的59 %。参数化分析结果表明：焊钉间距由100 mm增大至400 mm导致组合桥面板弹性阶段抗弯刚度下降了14.1 %，但开裂荷载等级提升了84.2 %。短焊钉间距增大使部分组合桥面板结构受力趋向于更为经济，但需注意过大的焊钉间距会导致焊钉疲劳破坏。     

双排0.5mm间距QFN装配可靠性工艺研究

随着电子元器件日新月异的发展，QFN器件已经发展为双排中心间距0.5mm封装形式，且体积较小，适用于高密度板级电路设计需求，但这种封装的发展对组装工艺技术提出更高的要求。如何进行该器件的钢网设计以及优化焊接工艺参数已成为急需解决的重要课题，本文主要以一种无铅QFN器件为例详细讲述双排微间距QFN的组装工艺方法。     

焊钉布置对钢-超高性能混凝土组合桥面板收缩效应影响

为探究不同焊钉布置对钢?超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板收缩效应的影响规律，进行了常温养护条件下焊钉间距分别为200 mm和300 mm的足尺节段组合桥面板收缩监测试验，并利用有限元分析软件对试验模型进行了收缩模拟，在此基础上开展了不同焊钉间距下组合桥面板收缩效应的参数化分析。试验监测结果表明：试验中UHPC初凝时间约为17 h。钢?UHPC组合桥面板边缘区域UHPC收缩量较中心区域更大，前72 h最大收缩量约为450×10⁶；当焊钉间距从200 mm增加到300 mm后，UHPC受整体约束减弱，其中钢板约束作用下降，最大压应变减小约51.6 %；钢筋约束作用增强，最大压应变值增加约42.9 %。有限元分析表明：UHPC与钢板端部界面处应变差增加20.9 %，滑移最大处焊钉剪应力增加64.7 %。参数化分析可知：当焊钉间距从100 mm增加至400 mm时，跨中UHPC拉应力减小3.7 %；跨中钢板压应力减小17.8 %，钢筋压应力增加86.3 %。以上结果表明焊钉间距增加使钢与UHPC之间组合作用减弱的同时，引起了结构次内力的分布变化，UHPC与钢结构的次内力减小，钢筋承担的约束作用增强，压应力增大。适当地增加焊钉间距可以减小收缩引起UHPC拉应力和钢结构次内力，但需要注意组合作用减弱对力学性能的影响。     

焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232kN·mm^-1及213k N·mm^-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为：水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为：水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为:水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为:水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

铝/钛超声波金属焊接参数的工艺优化

通过设计交互正交试验,以接头的拉伸载荷和信噪比为评价指标,对铝/钛异种金属超声波焊接参数进行工艺优化.以焊接能量、振幅、压力为参数,设计成三因素、三水平的L27交互影响正交试验.并对试验结果进行极差和方差分析、F验证和试验验证.结果表明:焊接参数主次顺序为能量振幅压力,其对拉伸载荷的贡献率分别为86%、8%、4%,;获得最大拉伸载荷的工艺参数组合为能量950,J、振幅75,mm、压力0.552,MPa(A_3B_2C_2);获得最稳健拉伸载荷工艺参数组合为能量900,J、振幅70,mm、压力0.621,MPa(A_1B_1C_3).     

基于模糊数学的STS管幕结构的连接参数优化

依托STS管幕结构纵向抗弯性能试验，建立了STS管幕构件纵向抗弯性能有限元分析模型并验证了模型的可行性.采用正交试验研究了钢管壁厚、钢管直径、螺栓直径、钢管间距、翼缘板厚度对构件纵向抗弯承载力、跨中位移和经济性指标的影响，结合模糊数学理论优化了连接参数.结果表明:对构件达到屈服荷载时跨中位移影响最大的参数为钢管直径，对构件纵向抗弯承载力和每延米构件材料平均价格影响最大的参数为钢管壁厚.为兼顾安全性和经济性，连接参数比值应为钢管直径∶钢管壁厚∶螺栓直径∶钢管间距∶翼缘板厚度 =1∶ 0.03∶0.05∶1.15∶0.02.     

PBGA封装体的热-结构数值模拟分析及其优化设计

基于热弹性力学和结构优化理论,针对典型的PBGA封装体在工作过程中的受热问题,建立了有限元数值模拟分析模型,模型中考虑了完全和部分两种焊点阵列形式,采用了基于散热功率的热生成加载、热循环加载和热循环、热生成综合加载三种方式．计算结果与文献中的实验结果进行了比较,并讨论了各层材料的主要参数对封装体热-结构特性的影响,算例结果表明对电子封装体的热-结构特性分析采用有限元数值模拟是可行的,并据此分别以最大应力最小化和封装体质量最轻为目标,对封装体进行了优化设计,为提高封装件的可靠性和优化设计提供了理论依据．     

塑封焊球阵列焊点三维形态预测及其"整体"近似优化设计

针对传统优化技术进行焊点三维形态优化时费时耗力且浪费计算资源等缺点，提出采用“整体”近似优化技术，结合线性最小二乘方法，BP（Back Propagaiton）神经网络，在整个设计变量空建立问题函数近似面，利用该函数近似面来求取目标函数最大值，并得到相应的设计变量值，达到爆点三维形态优化设计的目的，最后对线性最小二乘模型，BP神经网络拟合非线性函数的能力和近似优化能力进行了比较讨论，结果表明，利用“整体”近似优化技术来优化设计焊点形态是简便可行的，且BP网络模型拟合“整体”近似函数面比线性回归模型具有更高的精度，所得的近似优化结果更理想。     

SnAg及SnAgCu无铅焊料接头中金属间化合物在时效中的演变

对SnAg共晶合金及SnAgCu共晶合金无铅焊料与Cu或Ni／Cu或Au／Ni／Cu衬底经钎焊方法焊接后,在焊接界面和焊料内部形成的金属间化合物(IMC)的类型、形貌和分布形式,以及焊接接头在随后时效过程中IMC的类型、成分和形貌的演变规律进行综述。分析结果表明,在钎焊过程中,IMC的类型与焊料成分有关,与衬底金属在焊料合金中的溶解度及扩散速度有关;IMC的形貌与加热温度、冷却速度及焊接界面的温度梯度有关;IMC的分布与焊料成分及接头中金属元素的扩散能力有关;焊料接头的断裂机理与接头合金成分、时效温度、时效时间、载荷方式有关;在时效过程中,焊料共晶组织粗化,焊料强度下降,断裂会在焊料内部发生;当IMC厚度增大到临界尺寸时,应力集中严重,多层IMC形成,空穴形成及长大,在IMC界面层断裂;若两者强度接近,则断裂部分发生在焊料,部分发生在界面IMC处。     

非光滑表面制动盘摩擦磨损性能有限元分析

基于摩擦试验要求的外形尺寸和非光滑结构的设计尺寸,建立了非光滑表面刹车盘/片模型,通过分析制动过程中接触压力与摩擦热之间的交互作用关系,建立了制动盘/片的热-应力耦合分析模型,并应用Ansys/LS-DYNA对非光滑表面刹车盘/片系统的摩擦磨损性能进行了有限元分析.分析结果表明:当盘孔间距为1mm,盘孔直径为08mm时,非光滑刹车盘/片试样呈现最小的vonMises应力,为耐磨性最佳的非光滑形态.通过摩擦磨损试验得到与模拟相应试样的磨损量及动摩擦系数,比较后发现二者均体现出与模拟结果中vonMises应力相一致的变化规律,验证了模拟分析结果的可信性.     

不锈钢薄板激光点焊工艺对金相组织的影响分析

以厚度为0.5 mm的304不锈钢薄板作为研究对象,通过实验探讨了不同工艺下激光点焊的金相组织、力学性能.经过焊点金相微观组织的观察和焊点拉伸强度的试验,可得出结论:激光点焊焊接质量良好,很少出现气孔、飞溅、焊接裂纹、未熔透、未熔合等焊接缺陷,而且不同的激光功率密度或加热时间,对焊点的形貌、尺寸和金相组织有很大影响; 焊点处的耐腐蚀性强度比母材低,而且大部分焊点拉伸位移达到1.5 mm左右就会断裂,平均拉伸强度比母材低281.2 MPa,但平均屈服强度比母材高,满足不锈钢薄板作为换热器的需求.     

跌落冲击载荷下POP封装动力特性研究

基于JEDEC标准,采用ABAQUS软件建立了具有5个POP封装组件的三维有限元模型,通过试验验证了模型的准确性,讨论了PCB板阻尼、焊点形状、焊点材料及焊点直径对该封装组件在跌落冲击过程中动态响应的影响.结果表明：POP封装组件关键焊点的最大法向拉应力随PCB阻尼和焊点直径的增大而减小;截顶球形焊点最大法向拉应力都大于柱形焊点的最大法向拉应力;无铅焊料焊点最大拉应力大于锡铅焊料焊点最大拉应力,而对于无铅焊料,角焊点最大拉应力随着含锡量的增加而减小.     

刚性陶瓷瓦热防护系统概率设计分析方法

针对高超声速飞行器中广泛应用的陶瓷瓦热防护系统,结合有限元法和蒙特卡洛模拟建立了其概率热分析系统,提出了刚性陶瓷瓦热防护系统尺寸概率设计方法。建立了刚性陶瓷瓦热防护系统的二维有限元模型,考虑了热传导系数、比热容和表面辐射率等材料属性参数以及热防护系统各层厚度的不确定性,得到系统温度场的概率分布特性和系统热防护性能对各参数的灵敏度,并对系统的热可靠性进行了评估。算例表明:文中提出的方法对热防护系统设计过程中合理确定陶瓷瓦厚度和在保证系统性能的前提下有效减轻重量具有指导价值。     

PI-TSV等效热导率提取与验证

与传统的T/R组件相比,采用转接板技术实现的2.5D集成硅基T/R组件体积更小,集成度更高,散热性能更好.硅通孔（through-silicon-via,TSV）是其中的关键结构.本文针对2.5D集成的复杂T/R组件难以直接建模进行有限元热学仿真的问题,通过提取TSV等效热导率的方法简化仿真.对聚酰亚胺（Polyimide,PI）作为绝缘介质层的硅通孔（PI-TSV）进行了相应的有限元数值模拟,并改变结构参数,研究了不同结构因素对PI-TSV等效热导率的影响.给出了PI-TSV等效热导率关于中心导电铜柱直径、绝缘介质层厚度及TSV间距的经验公式.