多场耦合条件下微型无铅焊点蠕变行为研究

发布时间：2017-12-14 23:18

  本文关键词：多场耦合条件下微型无铅焊点蠕变行为研究

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【摘要】：随着国际上环保法规及相关法律的陆续实施,各个国家在无铅钎料的研发和可靠性研究上蓬勃开展。焊点的可靠性决定了电子封装产品的服役可靠性,尤其是抗蠕变性能,并已受到普遍关注。但是对于Sn Ag Cu焊点在耦合条件下的蠕变性能研究却很少有文献报道。本文以广泛应用的Sn3.0Ag0.5Cu钎料合金为参照系,自主研制了多场耦合蠕变测试装置和测试方法,通过拉伸蠕变试验,确定了耦合条件下温度对SAC305/Cu无铅焊点蠕变特性的影响,得出在当前的应力与温度范围内的蠕变指数和蠕变激活能,并确定了蠕变本构方程;为了研究无铅焊点蠕变性能与金属间界面化合物之间的关系,通过采用显微硬度刻痕的新型原位观察方法,研究了不同温度条件下SAC305/Cu无铅焊点蠕变组织特征。在同样的试验条件下,研究了电流和磁场对SAC305/Cu无铅焊点分别在高低应力下的蠕变性能和组织变化。耦合蠕变试验表明:所设计的耦合蠕变装置有效可靠,能够用于不同条件的蠕变测试。通过本实验条件所测得的蠕变性能参数:应力指数n为8.24,激活能Q为43.76KJ/mol,并构建了材料的蠕变本构方程。可以初步认为SAC305/Cu无铅焊点的蠕变机制主要是位错攀移的结果,而攀移速率主要通过?-Sn的晶界滑动过程控制。界面的原位观察结果表明在同一加载条件下,随着温度的升高,钎料基体中的界面IMC达成连续的界面IMC层速率越快。温度越高蠕变试样的第二相Ag3Sn颗粒析出速度及体积越大。多场耦合下施加电流的SAC305/Cu无铅焊点,在15MPa高应力下,蠕变寿命随着电流密度增加而明显降低,电流越大稳态阶段越不明显;当电流密度分别为70A/cm2、600A/cm2及1×103A/cm2时稳态蠕变速率是未施加电流焊点的2.5倍、3.3倍及10倍;当电流为1×103A/cm2时,界面化合物厚度较未施加电流增大了0.16?m。在7MPa低应力下,蠕变曲线能够观察到典型蠕变的三个阶段,电流增大使焊点的稳态蠕变区间变窄;当电流密度分别为70A/cm2、600A/cm2及1×103A/cm2时稳态蠕变速率是未施加电流焊点的1.5倍、2.1倍及3倍,与高应力下相比稳态蠕变速率并未急剧增加;相同加载时间内与无电流条件相比,随着电流的增大,界面厚度逐渐增加,形貌由扇贝状变为层状;基体组织中逐渐析出点状Ag3Sn,数量逐渐增多、粗化。多场耦合下施加磁场的SAC305/Cu无铅焊点,在15MPa高应力下,焊点很快发生了失效,焊点几乎没有稳态蠕变阶段而直接进入加速蠕变阶段;试样稳态蠕变速率随着磁场强度增加有减小趋势,但影响不大;界面层形貌和化合物颗粒也未观察到明显区别,分别为起伏扇贝状及胞状。在7MPa低应力下,蠕变曲线主要特征表现为稳态蠕变,未出现加速扩展;磁场强度增加,蠕变寿命逐渐减小;与未施加磁场相比稳态蠕变速率分别提高了1.1,1.2倍;磁场增大使得焊点中化合物颗粒由胞状长大为不规则的条状多边形,且磁场越大条状多边形粒子越多。对比发现,在蠕变速率和界面形貌变化上,电流对SAC305/Cu无铅焊点的影响均强于磁场。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454

【参考文献】

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本文编号：1289717