立體組裝垂直互連可靠性實(shí)驗(yàn)及有限元模擬.pdf

1、隨著電子系統(tǒng)向集成化與智能化的方向發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體積也變得更加龐大。最近幾年，立體組裝技術(shù)由于可以大幅度提高系統(tǒng)的組裝密度縮減系統(tǒng)的尺寸而受到人們越來越多的關(guān)注，特別是該技術(shù)在航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而航空航天領(lǐng)域?qū)﹄娮酉到y(tǒng)的可靠性提出了極為嚴(yán)格的要求，因此有必要對立體組裝技術(shù)的可靠性進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。
　　本文首先對由三層電路板所構(gòu)成的立體組裝電路的垂直互連方案進(jìn)行了設(shè)計，采用轉(zhuǎn)接板鍵合技術(shù)，銅粗絲鍵合技

2、術(shù)，毛紐扣垂直互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)三層電路板之間的機(jī)械固定與垂直電氣互連。隨后對毛紐扣的特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，然后對該立體組裝電路進(jìn)行了高低溫?zé)釠_擊可靠性試驗(yàn)，同時利用有限元仿真軟件計算了該立體組裝電路在高低溫?zé)釠_擊與隨機(jī)振動可靠性試驗(yàn)中的響應(yīng)，并跟據(jù)仿真結(jié)果預(yù)測了其使用壽命。
　　研究結(jié)果表明：毛紐扣的力學(xué)性能具有明顯的非線性。其切線模量隨應(yīng)變的變化規(guī)律可以分為3個階段，不同階段其內(nèi)部金屬絲的相互作用機(jī)制分別為剛性接觸，滑移接觸以及擠壓接

3、觸。毛紐扣具有力滯特性，隨著變形幅值的增加，毛紐扣的能量耗散系數(shù)降低，平均剛度上升。其電阻—應(yīng)變曲線也呈現(xiàn)出明顯的非線性。在初始階段，電阻值隨著壓縮應(yīng)變的增加而急劇下降，隨后電阻值趨于平穩(wěn)。當(dāng)毛紐扣的應(yīng)變量達(dá)到0.15值時，可以獲得良好的導(dǎo)電性能與穩(wěn)定的力學(xué)性能。轉(zhuǎn)接板上焊點(diǎn)在經(jīng)歷熱沖擊可靠性試驗(yàn)后，焊球基體內(nèi)部靠近焊盤界面的邊角處首先萌生出裂紋，隨后裂紋向基本內(nèi)部擴(kuò)散。銅絲鍵合技術(shù)具有很好的抗溫度沖擊的能力。Au/Mo基毛紐扣在高溫條

4、件下工作的穩(wěn)定性較Au/BeCu基毛紐扣高，兩種材料的毛紐扣在隨機(jī)振動試驗(yàn)條件下均與焊盤保持良好的電氣連接。熱沖擊試驗(yàn)仿真結(jié)果表明，轉(zhuǎn)接板上靠近電路板邊角處焊點(diǎn)的應(yīng)力值相對較大，且應(yīng)力在焊點(diǎn)與焊盤相接觸處集中。對于銅粗絲鍵合焊點(diǎn)，應(yīng)力主要集中在銅粗絲靠近鍵合界面處。隨機(jī)振動仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)接板上焊點(diǎn)與銅粗絲鍵合焊點(diǎn)的應(yīng)力分布規(guī)律與熱沖擊試驗(yàn)中的相同。對于毛紐扣，其中間位置的統(tǒng)計加速度大于靠近焊盤處的加速度，但是靠近焊盤處的應(yīng)力值相對較大。