西安航空计算技术研究所 王志强 左清清 童 涛

因元器件封装与印制板热膨胀系数不匹配，导致元器件脱焊的故障是一种计算机板卡上常见故障。本文以XPC755芯片脱焊故障为例介绍了一种工艺改进方案，并进行了仿真验证及试验验证，结果表明，该工艺改进方案对焊点寿命有很大提高，为其他因热应力导致的故障提供了一种解决思路。

1 XPC755脱焊故障原因

某数据处理计算机模块（以下简称：DPC模块）在交付用户使用4年后，连续发生多起XPC755脱焊故障。脱焊引脚多为XPC755的B1引脚位置。设计人员经过大量分析验证后认为，XPC755芯片脱焊故障原因为芯片焊接采用了低铅焊球焊接工艺，降低了焊球的高度，使得芯片的陶瓷基板与PCB之间的焊球在热循环过程中产生的剪切力增加，经过长时间的环境应力，使得焊点疲劳开裂。

2 工程仿真模拟

2.1 环境条件

温循条件采用DPC模块的任务环境条件需满足飞机的寿命指标30年或5000飞行小时。

2.2 计算理论

目前焊点热应力疲劳寿命预测理论主要基于非弹性应变损伤理论，IPC-D-279《Design Guidelines for Reliable Surface Mount Technology Printed Board Assemblies》采用Engelmaier-Wild修正公式预测焊点热疲劳寿命。公式如下：

式中，c为经过温度和频率修正的疲劳延性指数。

其中Tm为循环平均温度，f为每天循环次数；△γp为塑性剪切应变范围；ε’f为疲劳延性系数，对于焊点广泛采用的SnPb共晶焊料，ε’f= 0.325。

通过有限元分析计算焊点的最大剪切塑性应变范围△γp，带入上面公式即可算出焊点的最小耐温循周期。

2.3 计算结果

给器件模型施加任务温循条件，仿真计算焊点剪切塑性应变，最大剪切塑性应变范围△γp为0.031，计算故障器件的耐温循次数为140循环，由于任务温循条件为8飞行小时/循环，则故障器件寿命为140×8=1120飞行小时。……