无铅焊点的高温力学行为及连接可靠性研究

发布时间：2020-10-16 16:37

　　 无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势,温度环境对无铅焊点的力学性能及连接可靠性产生了不可忽视的影响。本文通过纳米压痕法对高温条件下无铅焊料的力学性能进行了研究,并对高温时效条件下无铅焊点的拉伸剪切行为进行了实验研究。使用有限元方法对焊点金属间化合物(intermetallic compound,IMC)微结构模型的断裂进行模拟,分析了IMC层不同微观形貌对焊点断裂行为的影响。1、对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流焊处理,设计50℃、70℃、90℃、110℃四个温度环境,采用纳米压痕技术对高温环境下无铅焊料的力学性能进行研究,结果表明,温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高,弹性模量和硬度逐渐降低,焊料发生软化;较高温度下的蠕变应力指数较小,焊料的蠕变抗力降低,其相应的蠕变激活能为75.5KJ/mol。2、为考察Sn-Ag-Cu焊点在高温环境下的可靠性,本文设计将Sn-Ag-Cu焊点试样在120℃恒温环境下储存240h和480h。储存结束后,为研究温度时效对焊点连接可靠性的影响,使用INSTRON力学试验机测试不同时效条件下焊点的拉伸与剪切强度。可以看到,时效时间的增加使焊点的抗拉强度和剪切强度下降。断裂时焊点的应变也随之增大,并综合扫描电镜下对试样断口形貌的观察。得到焊点的断裂模式从韧性断裂逐渐变为混合断裂的结论。3、使用回流焊技术实现焊锡接点互连的过程中,在界面会出现一层薄薄的偏脆性多晶过渡层——IMC层。在其形成和生长过程中,晶粒形状和尺寸发生改变从而影响其破坏模式。本文通过Voronoi随机算法构建IMC多晶几何结构,并在晶界处加入自定义内聚力界面单元,以此来模拟材料微观尺度下晶界损伤与晶界微裂纹扩展的模式与路径。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TG42
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 电子封装技术
        1.1.1 电子封装技术的历史
        1.1.2 电子封装技术简介
    1.2 电子封装无铅化的发展
    1.3 温度对电子封装中焊点可靠性影响的研究
    1.4 本文的主要工作
第二章 高温下焊料的力学性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验原理介绍
        2.2.1 纳米压痕测试原理
        2.2.2 蠕变性能测试原理
    2.3 试样制备与压入测试
    2.4 结果与分析
        2.4.1 压入载荷-深度曲线及模量与硬度
        2.4.2 蠕变性能
    2.5 本章小结
第三章 等温时效对焊点拉伸与剪切性能的影响
    3.1 引言
    3.2 试样制备与实验过程
    3.3 结果分析
    3.4 本章小结
第四章 焊点IMC层晶间断裂的有限元模拟
    4.1 引言
    4.2 VORONOI随机几何模型简介
    4.3 晶界内聚力模型
        4.3.1 内聚力模型简介
        4.3.2 内聚力界面单元的构造与数值实现
        4.3.3 有限元计算流程
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 规则度对模型整体强度的影响
        4.4.2 晶粒尺寸对模型整体强度的影响
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间的研究成果

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本文编号：2843502