免费论文：印刷线路板镀通孔可靠性模型研究

由热应力引起的印刷线路板（Printed Wiring Board, PWB）镀通孔（Plated through-hole, PTH）的失效是电路中很重要的一种失效模式，本文首先对镀通孔及其失效模式与机理进行了简要介绍，介绍了一种考虑了应力分布的镀通孔可靠性模型。本文主要对镀通孔应力分布模型进行了系统的工程应用研究。首先，通过采用二维轴对称的建模方式，用有限元（Finite Element Method, FEM）分别验证了镀通孔应力分布模型在弹性和塑性范围内的适用性。先验证了应力分布模型的合理性，并通过应力分布模型计算的不同材料属性和不同几何尺寸PTH镀层的最大应力应变，与FEM和电子电路互联和封装协会 (The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, IPC) 的模型结果比较，根据结果得出应力分布模型的正确性和对不同材料、不同几何尺寸等设计因素的适用性。在镀通孔应力分布模型的基础上，对PTH高径比、PTH半径与镀层厚度之比、线路板有效作用半径与PTH半径之比等几何设计参数及线路板玻璃化温度（Glass Transition Temperature，Tg）对PTH镀层应变、寿命及加速因子的影响进行了分析。针对原模型中只考虑了热膨胀系数是常数这个不足，对应力分布模型进行了改进，引入了等效温度载荷的概念，可以预测考虑Tg时的PTH的寿命。研究表明，在屈服温度载荷附近时，PTH寿命对几何尺寸非常敏感。在固定线路板有效作用半径与PTH半径之比后，PTH高径比影响较为明显。在玻璃化温度以上，镀层应变急剧增加，寿命急剧减小，且合理利用此特性可以有效提高加速因子。此部分研究为工程人员在设计环节对PWB进行优化设计以及加速实验后评估PWB实际使用寿命提供了直接定量依据。对镀通孔解析模型与逆幂率模型进行了比较研究，发现应力分布模型基本符合逆幂率关系。然后采用应力分布模型计算出不同测试条件下的加速因子，并用于镀通孔现场使用寿命预计，最后通过与不同来源的试验数据的比对，验证了应力分布模型与加速试验数据进行加速寿命预计的有效性，也即进一步验证了应力分布模型的有效性。最后，基于快速评估的需求，根据镀通孔应力分布模型，针对所使用的特定印刷线路板和镀通孔材料，构建了镀通孔疲劳寿命与其几何参数以及印刷线路板使用环境温度变化的等值线关系图或表，利用此等值线图或表为工具快速地对镀通孔的寿命进行评估或优化，并可以得到各参数对镀通孔寿命的影响程度和趋势。

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