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2023-06-26
封装板的竖直跌落和焊球上的扭矩优化技巧
【摘要】：图11.13所示为连接到基板上的焊球及其基板的自由下落示意。若假设板垂直下降，其边缘处以速度v撞击地面，在撞击地面时，板和焊球的速度都将从v变为零，然后变为-v。短时间将产生大的剪切力和扭矩。因此在设计跌落测试时，Δt的定义与测量是最关键的环节。应力分布产生的总力矩应等于扭矩。如上所述，σmax取决于扭矩，而扭矩取决于力，力取决于Δt。我们可根据σmax的大小确定跌落能否导致裂纹在界面处形成。
图11.13所示为连接到基板上的焊球及其基板的自由下落示意。若假设板垂直下降，其边缘处以速度v撞击地面，在撞击地面时，板和焊球的速度都将从v变为零，然后变为-v。焊球的动量变化将为Δ（mv），其中m是焊球质量。该变化将导致剪切力F和扭矩Q作用在球上，且它们趋于破坏焊球和板之间的界面。力可根据下述关系式进行计算：
式中，Δt是速度从v到零再到-v的变化时间或动量变化的过渡时间。短时间将产生大的剪切力和扭矩。由于我们可以很容易得到（或测量）自由下落速度v和质量m，而过渡时间和减速度会直接影响力和扭矩的大小，因此如何精确测量过渡时间Δt或减速度-a非常关键。因此在设计跌落测试时，Δt的定义与测量是最关键的环节。
当力确定时，我们可获得扭矩Q＝F×r，其中，r是焊球重心到界面的最短距离。力F倾向于剪切球和板之间的界面，而扭矩Q将在界面上施加法向力。但是由扭矩引起的法向力分布为上端受拉、底端受压，其应力分布如图11.14所示。
图11.13 焊球及其基板的自由下落示意
图11.14 应力分布
为了分析应力分布，我们在图11.14中考虑连接到垂直板上的焊球的横截面示意。我们假设焊球和基板之间的接触面积是矩形的，宽度为w，长度为2R。假设从上半部中的张力到下半部中的压应力的分布呈线性变化。如果两端的最大应力取±σmax，则从几何关系可得下述关系：
式中，σ是距离中间原点的距离为z位置处的法向应力，其中原点处法向应力为零。应力分布产生的总力矩应等于扭矩。通过一个非常简单的分析可以计算出扭矩，其为
在最后一个方程中，σ（w d z）是在距离原点z处作用于（w d z）的细条带上的力，因此zσ（w d z）是力矩。总力矩应等于扭矩，即F×r，所以可得
当测量出冲击所造成的扭矩时，通过式（11.8），我们能计算得到σmax。如上所述，σmax取决于扭矩，而扭矩取决于力，力取决于Δt。我们可根据σmax的大小确定跌落能否导致裂纹在界面处形成。除由于扭矩产生的法向力外，界面还经受剪切力。因此在讨论裂纹产生和传播时，在焊料接头的上角和下角处必须同时考虑法向力和剪切力。
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2023-06-26
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2023-06-23
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2023-06-15
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2023-06-26
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2023-06-27
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2023-06-15
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