印制電路板與集成電路組件的模態(tài)分析及振動可靠性研究.pdf

1、電子產(chǎn)品的振動可靠性問題是目前國內(nèi)外航空航天界非常關(guān)心和研究的重點之一.據(jù)統(tǒng)計,在導(dǎo)致機(jī)載電子設(shè)備故障中,振動因數(shù)已經(jīng)占到27％,而印制電路板組件(PCBA)又是振動問題的核心.當(dāng)前,在振動環(huán)境下,PCBA對振動的敏感性已經(jīng)影響到整板的性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性.模態(tài)分析技術(shù)是獲得結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的重要手段,它起源于80年代初,經(jīng)過20多年發(fā)展,至今已趨成熟.它和有限元分析技術(shù)一起,已成為結(jié)構(gòu)動力學(xué)中兩大支柱.目前這一技術(shù)已發(fā)展成為解決工程中振動問

2、題的重要手段,在機(jī)械、航空、航天和電子等工程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用.結(jié)構(gòu)動態(tài)特性包括各階固有頻率、主振型、阻尼比等,我們根據(jù)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性就可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計、故障診斷、可靠性分析與估計.本文從電路系統(tǒng)的角度,擯棄電子和機(jī)械工程的學(xué)科界限,結(jié)合現(xiàn)代模態(tài)分析技術(shù)對某衛(wèi)星信號處理電路組件出現(xiàn)的振動可靠性問題進(jìn)行研究.首先研究了適用于PCBA的有限元建模方法,據(jù)此建立了目標(biāo)PCBA的有限元分析模型,應(yīng)用大型工程分析軟件ANSYS對它進(jìn)行計算模態(tài)分析

3、,得到的動態(tài)特性結(jié)果與最后的實驗結(jié)果表明此建模方法是合理的.實驗?zāi)B(tài)分析是精確獲得結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的唯一方法,我們借助美國DP公司的動態(tài)信號分析儀對目標(biāo)PCBA進(jìn)行了實驗?zāi)B(tài)分析,獲得了包括固有頻率、振型和阻尼等特性參數(shù),為下一步的故障診斷、可靠性分析與估計、優(yōu)化設(shè)計與結(jié)構(gòu)動力修改打下基礎(chǔ).實驗?zāi)B(tài)分析的同時研究了振動信號的分析與參數(shù)提取方法.根據(jù)前期獲得結(jié)果,找到了目標(biāo)PCBA的薄弱環(huán)節(jié),提出改進(jìn)抗振性措施,對它進(jìn)行基于靈敏度分析的動力修

4、改,并用Protel對電路板重新布板投產(chǎn),模態(tài)分析表明,結(jié)果有很大改善,經(jīng)第三次改進(jìn)布板投產(chǎn),抗振性得到較大提高,經(jīng)嚴(yán)酷的掃頻和隨機(jī)振動實驗,均一次通過,未出現(xiàn)改板前的各種故障,目前整機(jī)已通過驗收并交付使用.我們以此為契機(jī)全面研究了PCBA的一般動態(tài)特性,提出PCBA的一些通用抗振設(shè)計原則,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,為電路設(shè)計師在前期PCB布局布線設(shè)計中考慮電路的抗振性問題提供了依據(jù),從而為全面提高電路系統(tǒng)振動可靠性打下堅實基礎(chǔ).本文的一些結(jié)論也