便携式电子产品因其小体积、低重量而在使用或运输过程中易被跌落或滑落或受冲击,因跌落引起的应力容易导致焊点失效乃至整机故障,对贴装有细间距球栅阵列封装元器件(TFBGA:Thin-profile fine-pitch ball grid array)的印制电路板尤为如此。便携式电子产品的迅速普及以及微型化与轻重量的要求使得TFBGA被大量使用导致这一问题更加严峻,同时,随着无铅法规的实施,无铅焊点相对锡铅焊点更高的刚度和更大的弹性模量使其更易因跌落或冲击而失效。因此,焊点跌落可靠性是无铅便携式电子产品可靠性的关键内容。鉴于跌落测试试验具有高成本和长周期的局限性,本文将理论分析和动态仿真相结合,首先根据动力学理论,推导简化PCB组件的跌落振动方程并求出特定边界条件下的解析解。然后以典型无铅TFBGA为对象,以ANSYS为前处理器,根据JEDEC跌落测试标准,建立两种无铅TFBGA的板级跌落模型,运用LS-DYNA显式求解器进行跌落仿真分析,获得了PCB和焊点在跌落冲击下的动态响应,并对两种仿真结果进行了对比分析。在此基础上,将Input-G模型和动态子模型相结合,研究了焊盘类型、焊盘厚度、焊点高度、焊点直径和焊点材料等对焊点跌落性能的影响。同时基于应力标准,定量预测了无铅焊点的跌落冲击寿命,并通过理论和仿真模态分析,研究了PCB支撑螺钉数目与跌落冲击下PCB弯曲变形的关系,探讨了各阶模态对PCB弯曲变形的影响。最后,设计了便携式电子产品用元器件的板级跌落测试试验。研究结果表明,在跌落冲击条件下:(1)PCB的机械冲击和弯曲变形是导致焊点应力甚至跌落失效的主要原因;(2)对于四螺钉支撑PCB,其中心区域TFBGA的最外端角落处焊点最易失效;(3)焊点跌落冲击寿命随最大法向应力的增加而降低;(4)元器件一侧采用SMD(Solder Mask Defined)焊盘设计更易引起应力集中,导致焊点具有较差跌落性能;(5)焊点最大应力位置出现在元件/焊点一侧还是PCB/焊点一侧很大程度上取决于焊盘厚度;(6)同等条件下,无铅焊点相比锡铅焊点具有更大跌落冲击应力,根据应力失效标准,无铅焊点具有比锡铅焊点差的跌落寿命;(7)模态分析结果表明,一阶弯曲模态是影响PCB弯曲变形的主要因素,采用更多螺钉支撑固定PCB,降低一阶模态的影响,有利于提高焊点跌落性能。本文提出将动态子模型和Input-G模型相结合研究焊点跌落可靠性以及基于模态叠加的PCB支撑优化设计方法,为进一步开展焊点跌落可靠性研究找到了一条便利而实用的途径。本文研究成果为元件布局时如何提高焊点跌落性能提供了理论依据,并可指导针对提高跌落性能的板级组装结构与焊接工艺优化以及PCB和机身的固连优化。