极低温Sn基焊点性能及寿命预测

发布时间：2017-11-23 10:22

  本文关键词：极低温Sn基焊点性能及寿命预测

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【摘要】：随着我国航空航天事业的发展,对外太空的探索不断地推进着电子器件高可靠性的研发。由于深空工作时,电子器件经历着复杂的外部环境,力学环境、热环境、空间辐照环境等,其中昼夜温差大、变化速率快的特点可能给电子器件的焊点带来毁灭性的失效。而以往的研究都集中在-55℃~+125℃温度区间,对极限低温研究较少,这一系列的需求与因素都促使着对焊点极限低温条件下的可靠性进行研究。根据以上要求,本实验设计了63Sn37Pb/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点的极限低温力学性能实验,温度分别为20℃、-50℃、-100℃、-150℃和-196℃,应变速率分别为0.01/s和0.001/s的低温拉伸实验;极限低温(-196℃)存储后的拉伸性能和微观组织演变研究;有限元模拟极限低温热冲击下焊点的应力分布和寿命预测。进而得到焊点在极限低温下的力学性能、焊点内部微观组织和金属间化合物演变以及焊点在极限温差环境热冲击下的失效模式及失效机理。研究结果表明,两种焊点的抗拉强度随着温度的降低呈现先升高后降低的趋势,较高的应变速率下焊点的抗拉强度较高,并且极限低温下焊点的抗拉强度都高于相应条件下焊点常温抗拉强度。对两种焊点不同温度和应变速率下相应的断口进行SEM和EDX分析,发现常温断裂在焊点的钎料中,呈现韧性断裂方式,低温断裂在IMC/钎料界面和IMC层中,呈现脆性断裂方式。说明两种焊点均在一定的低温下发生了韧脆转变。温度越低,应变速率越大,脆断现象越易发生。极限低温-196℃储存25天内金属间化合物并没有变化,没有增长,也没有缩小。也没有断裂。同时,钎料基体内的微观组织也没有变化,说明-196℃存储25天内Sn Pb/Cu和Sn Ag Cu/Cu两种焊点没有变化。并且,极限低温存储对Sn Pb/Cu和Sn Ag Cu/Cu两种焊点的抗拉强度、断裂位置与断裂机理影响不大。有限元模拟Sn63Pb37和SAC305两种钎料、BGA和QFP两种封装型号的电子器件极限低温大温变。相同器件类型,SAC305钎料的得到的器件寿命较高;相同钎料,QFP器件寿命更高。但是两种器件的寿命都比-55℃~125℃温度范围内热循环的寿命低很多,分别为其1/7和1/3。
【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】：2015
【分类号】：TG44

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本文编号：1218140