多场耦合下板级互连Sn-Ag-Cu/Cu焊点失效特征及机理

发布时间：2021-07-07 14:49

　　随着汽车电子,移动电子以及大功率集成电子设备朝向高密度化、微型化、多功能化等方面的发展。板级封装电子元器件内互连微焊点所受服役环境越来越苛刻。在实际服役过程中互连微焊点往往经历着热、电、力载荷的共同作用,多种载荷的耦合作用不仅影响了PCB板的响应特征而且对焊点的失效机理有着显著的影响。因此,本文以Sn-Ag-Cu系无铅焊点为载体,研究了在热-力耦合（温度-振动耦合）、热-力-电耦合作用下,PCB板的响应特征和微焊点的失效机理。测量了温度、振动、电耦合下板级应变、频率、加速度等响应数据,研究了温度-振动耦合、温度-振动-电耦合下PCB板的频率响应和形变特征的影响规律。结果表明,温度-振动耦合下,温度由25oC升高到100oC,PCB板一阶固有频率下降,同时一阶固有频率下的应变峰值没有发生变化;温度-振动-电耦合下,电流的施加,改变了PCB板温度分布,降低了PCB板的一阶固有频率的同时还降低了PCB板应变峰值,由0.001下降到0.00078。揭示出多场耦合作用下的板级载荷的复杂性。应用统计学分析的方法,研究了温度-振动耦合下微焊点的寿命、失效模式和机制。结果表明,在一定温度范围和激振水平... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 单一载荷下板级互连焊点失效研究现状
        1.2.1 力学冲击下焊点失效研究
        1.2.2 温度载荷下焊点失效研究
        1.2.3 电载荷下焊点失效研究
    1.3 耦合作用下板级封装可靠性研究现状
        1.3.1 焊点失效研究现状
        1.3.2 PCB板振动响应的研究现状
    1.4 目前研究存在的问题
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 试验材料、方法与设备
    2.1 试验材料与元器件的制备
        2.1.1 钎料合金
        2.1.2 元器件的制备
    2.2 振动测试方法与设备
    2.3 温度、电载荷施加方法与设备
    2.4 数据采集系统设计与实施
    2.5 PCB板振动响应测量方法
        2.5.1 锤击测量法
        2.5.2 激振器测量法
    2.6 焊点失效准则判定
    2.7 本章小结
第3章 振动载荷下互连焊点失效特征研究
    3.1 焊点失效动态演变过程
        3.1.1 焊点断裂数字化表征
        3.1.2 焊点断口形貌分析
    3.2 焊点寿命特征分析
        3.2.1 钎料组成对焊点寿命的影响
        3.2.2 特征频率对焊点寿命的影响
        3.2.3 激振水平对焊点寿命的影响
        3.2.4 应力水平对焊点寿命的影响
    3.3 焊点失效模式分析
        3.3.1 焊点断裂特征
        3.3.2 断裂机理分析
    3.4 本章小结
第4章 热-力耦合下板级响应和载荷特征研究
    4.1 温度作用下PCB板振动响应特征
        4.1.1 频率响应分析
        4.1.2 形变响应分析
        4.1.3 加速度响应分析
    4.2 高温下不同振动方法与板级载荷特征
        4.2.1 定频振动
        4.2.2 扫频振动
        4.2.3 随机振动
    4.3 本章小结
第5章 热-力耦合下焊点失效特征研究
    5.1 温度-振动实时耦合下焊点寿命特征
        5.1.1 焊点寿命数据统计分析
        5.1.2 焊点寿命预测模型
    5.2 温度-振动实时耦合下焊点失效模式统计及机理分析
    5.3 应力水平对热-力实时耦合下焊点失效特征的影响规律
        5.3.1 焊点寿命特征分析
        5.3.2 焊点断裂模式
    5.4 不同耦合方式下焊点失效特征对比分析
    5.5 本章小结
第6章 热-力-电三场耦合下焊点失效特征及机理研究
    6.1 三场耦合作用下PCB板振动响应特征
        6.1.1 温度分布特征
        6.1.2 频率响应特征
        6.1.3 形变特征对比
    6.2 三场耦合作用下焊点寿命特征
        6.2.1 寿命统计分析
        6.2.2 寿命预测模型
    6.3 三场耦合作用下焊点失效机理分析
        6.3.1 断裂模式
        6.3.2 焊点断裂数字化表征
        6.3.3 大电流作用下的焊点断裂分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电载荷作用下温度对微焊点界面扩散的影响（英文）[J]. 李雪梅,孙凤莲,张浩,辛瞳.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[2]液-固电迁移Ni/Sn-9Zn/Ni焊点反极性效应研究[J]. 黄明亮,张志杰,冯晓飞,赵宁.  金属学报. 2015(01)
[3]结构变化对Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点电迁移行为和组织演变的影响[J]. 岳武,秦红波,周敏波,马骁,张新平.  金属学报. 2012(06)
[4]电迁移极性效应及其对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊点拉伸性能的影响[J]. 姚健,卫国强,石永华,谷丰.  中国有色金属学报. 2011(12)
[5]电迁移对倒装Sn3.0Ag0.5Cu焊点热冲击性能的影响[J]. 陆裕东,成俊,恩云飞,何小琦,王歆,庄志强.  稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[6]球栅阵列无铅焊点随机振动失效研究[J]. 刘芳,孟光,王文.  振动与冲击. 2011(06)
[7]焊点热疲劳多模式失效寿命分析[J]. 魏鹤琳,王奎升.  机械工程学报. 2011(10)
[8]Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究[J]. 刘平,姚琲,顾小龙,赵新兵,刘晓刚.  电子显微学报. 2011(02)
[9]热循环条件下SnAgCu/Cu焊点金属间化合物生长及焊点失效行为[J]. 肖慧,李晓延,李凤辉.  材料工程. 2010(10)
[10]板级封装焊点中热疲劳裂纹的萌生及扩展过程[J]. 林健,雷永平,赵海燕,鲁立.  稀有金属材料与工程. 2010(S1)

博士论文
[1]无铅微互连焊点力学性能及疲劳与电迁移行为的尺寸效应研究[D]. 秦红波.华南理工大学 2014
[2]结构和组织不均匀性对无铅微焊点电迁移行为影响的研究[D]. 岳武.华南理工大学 2014
[3]纯锡覆层晶须生长及无铅焊点电迁移的研究[D]. 张金松.华中科技大学 2008

硕士论文
[1]球栅阵列焊点与Cu基板界面在热/电/振动载荷下的失效机理[D]. 翟大军.重庆大学 2014



本文编号：3269831