极低温下锡铅银钎料及焊点力学行为与组织演变研究

发布时间：2020-05-05 03:33

【摘要】：深空探测对于科技进步和人类文明的发展具有显著意义。电子设备是深空探测器的重要组成部分,其中焊点在电子系统中起着机械支撑、电气连接和信号通道的作用。因此焊点的可靠性对于在深空探测中应用的电子设备的服役寿命有着至关重要的影响。深空探测任务中的电子设备要遭受极端温度环境的考验,这种极端温度环境很可能影响电子设备互连焊点的组织和性能,进而对电子设备的可靠性产生威胁。因此本文对深空探测电子设备中常用的Sn62Pb36Ag2与Pb88Sn10Ag2钎料及其焊点在极低温环境下的力学行为及断裂机理进行研究,并对其在极低温存储条件下的组织演变规律进行分析。研究了Sn62Pb36Ag2及Pb88Sn10Ag2钎料及其焊点在20°C至-196°C温度范围内的拉伸性能,发现随温度的降低,Sn62Pb36Ag2钎料及其焊点的抗拉强度(UTS)均先逐渐升高后降低,在-150°C时达到最大值,Pb88Sn10Ag2钎料及其焊点的抗拉强度则持续升高;随着拉伸试验温度的降低,钎料的韧性逐渐降低,-196°C时Sn62Pb36Ag2钎料的断裂模式由韧性断裂转变为韧脆混合型断裂,而Pb88Sn10Ag2钎料的断裂模式始终为韧性断裂;随温度降低,Sn62Pb36Ag2焊点的断裂模式逐渐由韧脆混合型断裂转变为脆性断裂;而Pb88Sn10Ag2焊点的断裂模式始终为韧脆混合型断裂。采用系列夏比冲击试验研究了Sn62Pb36Ag2及Pb88Sn10Ag2钎料在低温脆性,发现随着温度从20°C降低至-80°C,Sn62Pb36Ag2钎料的冲击韧性逐渐降低,断口分析表明Sn62Pb36Ag2钎料的韧脆转变温度在-30°C左右;随着温度从20°C降低至-180°C,Pb88Sn10Ag2钎料的冲击韧性先升高后降低,但其断裂模式始终为韧性断裂,故在该温度范围内Pb88Sn10Ag2钎料未发生韧脆转变。研究了低温存储条件下Sn62Pb36Ag2及Pb88Sn10Ag2焊点的组织演变规律及其对焊点拉伸性能的影响机制,发现Sn62Pb36Ag2焊点在-100°C及-196°C条件下存储36天后,界面附近多处富Pb相发生剥落;Pb88Sn10Ag2焊点在-100°C及-196°C条件下分别存储9天和4天后,钎料/IMC层界面处出现裂纹,并在随后的存储过程中逐渐扩展;-100°C和-196°C存储条件下,随着存储时间的延长,两种焊点的抗拉强度均呈下降趋势,Sn62Pb36Ag2焊点焊点断裂位置逐渐向钎料基体中转变,Pb88Sn10Ag2焊点断裂位置逐渐向界面IMC层转变。
【图文】：

极限拉伸强度,对数图,应变速率,钎料

图 1-1 极限拉伸强度和应变速率对数图[21]gquist AG[22]等人在-196 °C ~60 °C 温度范围SnAg3.0Cu0.5(SAC305)三种钎料分别进行静态前面 Fengqun Lang 等人的结论有些许不同。服强度有着明显的提高；不同的是，在-196 钎料在各温度，各应变速率下的强度均高于不同温度与拉伸速率条件下，对不同成分的 S得到的结果如图 1-2 所示。除了得到与其他研效提高钎料的强度与杨氏模量以外，该项研 Ag 元素的含量，从图中可以发现 Ag 含量的模量，抗疲劳强度也有所提升。((bb))

钎料,应变速率,力学性能,拉伸速率

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文.Q.Shi[24]等人单对 Sn63Pb37 钎料同样做了不同温度下不同应变速率除了对抗拉强度、屈服应力、杨氏模量进行了对比外，还加入了延如图 1-3 所示，在-10 °C 以上温度区间里，，随着温度的降低，钎料有所下降，并且拉伸速率越大，延伸率也越低，但当温度降至 30 °C大拉伸速率下的钎料的延伸率出现了回升的趋势；在-10 °C 以下的延伸率回升的趋势得到了继续，且发现此时所有拉伸速率下的延伸并在-50 °C 至-60 °C 时达到极大值，随后又随温度的降低而降低，0 °C 至延伸率极大值对应温度的范围内，拉伸速率越大反而延伸率越(a) (b)
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443

【参考文献】