印制电路板及元器件引脚振动分析

发布时间：2024-04-20 07:18

　　航天产品发射升空过程中,会发生不可避免的振动,振动分析与振动控制是电子设备结构设计中必不可少的一部分,而印制电路板及其元器件是电子设备的关键部件。根据某航天产品内部的印制电路板结构及元器件分布,利用MSC.Patran建造有限元模型,为精确计算电路板及元器件响应,使用梁单元对FPGA元器件的引脚进行建模,再模拟引脚与焊盘的连接。使用MSC.Patran/Nastran有限元软件,分析了印制电路板的基频以及正弦振动与随机振动时的加速度和应力响应。结果表明电路板和FPGA元器件引脚可以承受火箭发射阶段的力学载荷。

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【部分图文】：

图1FPGA元器件引脚建模图

FPGA器件是电路板中质量及体积较大的元器件，且其安装位置靠近电路板中心，在振动中位移及应力响应大。FPGA器件质量为16g，通过208个四周排布的引脚与电路板焊盘连接。引脚宽度0.21mm，厚度0.16mm，使用矩形梁单元进行建模，材料为可伐合金（FeNi29Go17），....

图2印制电路板模型示意

印制电路板模型如图2所示，FPGA使用壳单元建模，由于芯片使用同一种塑料封装，对模型中所有芯片采用相同的材料参数，再修改材料密度让元器件达到真实质量。电路板基板使用壳单元建模，材料为酚醛。印制电路板及元器件总质量为250g。模型材料如表1所示。2约束及加载方式

图3印制电路板约束示意

为了真实模拟电路板边界状态，模态分析时将电路板模型通过MPC固定在其所在产品安装架上，再对产品螺孔施加全约束，如图3所示。正弦、随机振动分析时加载使用大质量点法进行加载，激励从产品固定端输入。3有限元分析

图41～6阶振型

对产品连接螺孔全约束。对工装进行模态分析，印制电路板在产品螺孔全约束下固有频率如表2所示，图4所示为1～6阶振型。电路板产品基频大于正弦振动试验范围，可以判断正弦振动时电路板组件不会发生共振。图5XYZ方向正弦振动响应图

本文编号：3959071