基于应变测试技术的某VPX模块的优化设计

李鹏程，尤浩，韩钟剑，赵宇博

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

作者简介：李鹏程（1988—），男，工程师，主要从事结构设计工作，lipengcheng1113@163.com.

摘要：为了解决机载电子设备引线或焊点在振动环境中的失效甚至开裂问题，通过金相切片、应变测试、仿真分析等手段对某VPX模块振动故障进行研究，对振动造成的电路板应变量进行量化，为优化电子设备抗振设计提供参考。通过开展VPX模块应力应变的研究，对于提前预测可能发生的振动故障以及电子设备的优化设计具有重大意义。

关键词：VPX；应变测试；仿真分析；优化设计

中图分类号：TM930      文献标识码：A      文章编号：2095-509X(2021)05-0111-05

机械应力是在机械外力的作用下物体内部产生的力，机械应力能使电子器件出现破裂、焊点开路等失效现象。机械应力只能通过物体产生的应变进行定量分析^［1-3］。机载电子设备在运输、贮存和使用过程中不可避免会受到各种机械应力的作用^［4］，其会在很宽的频率范围内受到振动^［5］，振动会使电子设备整机及其电子元器件受到很大的应力以至电子设备失效^［6］。

电子设备失效的主要原因是焊点开裂，因此围绕焊点开裂开展应力应变状态的研究^［7］，有助于精确预测可能发生的故障位置及类型，从而对电子设备进行优化设计，很多学者基于应变测试对表贴元器件焊点做了大量的研究^［8］。研究表明，要从根本上解决焊点开裂问题，则需要找到一种方法定位焊点开裂的根本原因，并对失效因子进行量化，才能有的放矢地对电子设备进行改进设计，提升产品抗振性能^［9］。应变测量在电子设备设计、研发和制造过程中具有相当重要的意义^［10］。通过测量电子设备在振动载荷下的应变，可实现对焊点开裂等失效的预测^［11］。

本文着重对振动条件下电子设备进行应变测试，并用仿真的方法进行定性分析，找出设计中的薄弱环节，优化电子设备的设计，改善电子设备的力学性能，以确保电子设备在恶劣的振动环境下可以正常工作。

1 故障现象

基于VPX标准的6U模块是一种常见的机载电子设备，本文对某机载VPX模块进行振动试验，设备上电工作正常后，振动台开始工作，大约10 min该模块出现故障，经现场检查，发现电路板上位号为N3的某器件电源无输出。VPX模块示意图如图1所示。

为了定位故障，对发生故障的某VPX模块进行失效分析。对VPX模块上距离VPX连接器较近的4个BGA封装的器件N1、N2、N3和D2进行了金相切片检测，金相检测芯片位置如图2所示。

检测结果为：样品上N1、N2、N3和D2器件焊点都出现了不同程度的开裂，边角的个别焊点出现了铜焊盘断裂，N3器件焊点开裂情况如图3所示，各器件焊点开裂点排布如图4所示。从焊接情况来看，焊球塌陷良好，焊点金相组织均匀，焊接情况未见明显异常。从开裂模式上来看，焊点存在多模式开裂的情况，表明焊点受到的应力较大。