● 摘要
随着科技文明的进步，电子产品的应用愈加普遍，可靠性问题也愈加突出。尤其是在航空航天等领域，电子产品在工作中经常受到热和随机振动载荷联合作用，环境严酷，这对电子产品的可靠性提出了更高的要求。电子产品的核心技术之一是电子封装技术。而研究表明焊点失效是电子封装失效的主要原因。现阶段对焊点的疲劳失效研究，主要集中于载荷单独加载情况下，但对热振联合载荷下的研究却较为局限。
本文以塑料球栅阵列封装组件（PBGA）为对象，研究其最薄弱部位-焊点在热载荷和振动载荷同时加载下的可靠性问题。改进了现有的通过线性损伤叠加计算热振联合载荷下焊点疲劳寿命的方法，同时以此为基础研究了热振联合载荷下焊点形态尺寸的优化问题，给出了设计变量取值区间内焊点最优化尺寸，为改进设计和加工工艺提供了理论依据。
本文首先调研了焊点的疲劳失效机理和模型，总结了五大类八种常见失效模型，在此基础上通过SurfaceEvolver建立了焊点模型。然后在总结焊点热力学和振动力学理论的基础上，在ANSYS中对BGA在温度循环、随机振动下的应力应变和损伤进行了仿真分析。在此基础上研究了其热振联合载荷下的疲劳寿命预计方法，放弃了传统的线性损伤累积法，采用了渐进性损伤累积法，这种方法建立了热载荷对振动载荷的非线性作用，考虑了温度和热机械平均应力对于随机振动疲劳的影响。在热振联合载荷下焊点疲劳寿命预计方法的研究基础上，进行了焊点的形态优化研究。本文采用近似面优化技术，在基于先前预计方法的基础上，分别利用线性最小二乘法，BP神经网络和最小二乘支持向量机法拟合得到全局空间非线性近似函数面，进而得到了焊点疲劳寿命的极大值和相应的焊点设计参数，优化了焊点的形态尺寸参数。