弹载电子封装结构的热力耦合分析

发布时间：2020-04-07 08:07

【摘要】：随着航天技术的迅猛发展,弹载电子设备的工作环境愈加严酷,确保和提高电子器件在极端工作环境下的工作性能,成为实现导弹在复杂环境下整体高稳定性和可靠性的关键。开展高加速筛选试验可暴露结构薄弱环节,有效保证产品的可靠性。因此,分析研究电子器件内部热量传递以及应力应变响应特性和机理,获得筛选试验参数对电子器件响应特征的影响规律,可为有效的高加速筛选试验剖面设计提供理论支撑及指导。本论文基于传热学和力学理论,以复杂舱段内电子设备为研究对象,分别对板级和舱段级电子封装结构进行热响应特性及其影响规律研究,具体研究工作介绍如下:(1)对电子封装器件进行热—结构耦合分析时,首先依据傅里叶导热定律及热边界条件,计算得出结构内温度场分布规律,并将其作为载荷条件进行结构分析,得到器件应力应变响应特性,确定结构在热循环载荷条件下的危险位置,计算获得封装结构寿命。然后选取了一种典型的电子封装器件作为研究对象,通过仿真模拟与经典文献进行结果对比,来验证了其在热—结构耦合分析技术路线的合理性。(2)在Workbench中建立板级电子封装结构有限元分析模型并进行热—结构耦合分析,研究了热循环载荷下板级电路的温度场分布规律及应力应变响应特性。同时考虑了正常工作中芯片发热功率对板级电路热响应特性的影响并且通过考虑热循环加载条件修正后的Coffin-Manson方程计算其在实际工况下的疲劳寿命。(3)研究了不同温度剖面参数对板级电路的温度分布,应力应变响应的影响规律,确定不同载荷条件下结构危险位置,并基于考虑热循环加载条件修正后的Coffin-Manson方程,计算不同温度剖面参数下板级电子封装结构的疲劳寿命。(4)建立典型舱段的有限元模型,根据试验获得舱段表面在热循环载荷下的温度响应曲线,简化模型边界条件,分析典型舱段内重点关注的电路板温度场分布及应力应变响应特性。本论文的研究成果可以对高加速筛选试验方法的设计方案提供一定的参考。
【图文】：

第一章 绪论第一章 绪论1.1 论文背景及研究意义随着航天技术的迅猛发展，电子设备的工作环境愈加严酷，确保和提高电子器件在极端工作环境下的工作性能，成为实现导弹整体高稳定性和可靠性的关键。然而在实际服役过程中，电子器件会经历振动、冲击、热真空以及温度交变等运行环境，尤其大温变载荷是影响电子产品寿命和可靠性的主要因素。如图 1.1 为导弹的工作示意图，导弹在高空环境中飞行易受到高空中复杂的温度变化环境的影响。此外超高速飞行器在飞行过程中产生的气动加热、卫星在太空中运行时的向阳与背阳引起的周期性温差以及高密度化封装造成的散热问题等，均会使得电子设备处于大温差环境中。

图 1.2 焊点在剧烈温变环境下产生裂纹示意图子封装结构为研究对象，建立板级及舱段级数学模型研究结构在热循环载荷下的温度场分布及应力应变响对封装结构的影响机制，并进一步分析对比芯片发热响，为提高弹载封装器件可靠性和寿命提供参考依据国内外研究现状环试验剖面参数影响研究验中，热循环剖面参数，如保温时间、变温速率、温速筛选试验箱示意图，此试验不仅可以改变结构内热力应变响应规律，从而影响电子封装结构缺陷的筛选数，分析探讨不同试验剖面参数对电子封装结构热响
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ760

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本文编号：2617664