导线焊点界面中间相中的空洞生长问题模拟和分析

发布时间：2017-09-30 03:14

  本文关键词：导线焊点界面中间相中的空洞生长问题模拟和分析

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【摘要】：随着电子产品的微型化发展及性能要求的大幅提高,焊点的体积不断减小,其可靠性也受到了越来越多的关注。由于焊点的可靠性受到了多种因素的影响,其中一个重要因素就是导线焊点界面中间相中空洞的生长和合并,因此研究空洞的生长和形态变化对于提高焊点的可靠性、延长电子产品的使用寿命具有重要意义。空洞的形态及其演化与空洞的总界面能、通过焊点的电流密度、焊点上的应力状态等有关。目前已有的有关空洞生长和演化的研究成果中,考虑了界面能的作用,但是没有考虑电流场以及弹性应力场对空洞生长和形状变化的影响。由于焊点在工作状态下通常都会受到电流场以及弹性应力场的作用,因此为了更精确地模拟导线焊点界面中间相中空洞的合并及其形态变化,本文在以前的工作中加入了电流场以及应力场的作用,使用建立的扩散界面模型,通过在模型的边界上施加电流场及应力场,以此研究空洞的生长和合并状况,模拟结果证明:(1)在模型边界不施加外场,只考虑界面能的影响时,模拟结果表明,在界面能的影响下,导线焊点界面中间相中的空洞之间会发生相互合并,并且空洞合并的速度会随着时间的增加而变慢。这是由于在焊点形成的初级阶段,空洞的总界面能相对较大,因此空洞合并的速度较快,随着空洞的不断合并,空洞的总界面能不断减小,其对空洞的影响作用也变小,因此空洞的合并速度逐渐减慢。(2)在模型的边界上施加拉应力时,模拟结果表明,拉应力作用下的空洞合并的速度明显加快,并且在空洞合并初期,由于界面能较大,此时它对空洞形态的变化起主要作用,随着空洞的合并,表面能不断减小,应力场的作用逐渐突出,继续加速空洞的合并过程,并且使空洞形状沿水平方向拉长,近似于椭圆形。(3)在模型的边界上施加切应力时,模拟结果表明,在空洞合并的初级阶段,空洞的形态变化与(1)(2)条件下的模拟结果相似,但是随着时间的延长,空洞的形态表现出很大不同,在±45o附近的方向上出现凸角,空洞呈现出类似于矩形的形状,这是由于这四个方向是主应力的方向,该结果与理论分析的结果相吻合。(4)考虑电流场和拉应力的综合作用时,空洞的合并速度加快,并且空洞在电致迁移的作用下沿电流方向发生迁移,沿垂直于拉应力的方向变为椭圆形。(5)在界面能、电流场和切应力的综合作用下,空洞的位置随电流方向发生迁移,而且在形态上与(3)中空洞的结果相似,沿主应力的方向出现凸角,并呈现出类似矩形的形状。
【关键词】：扩散界面模型 界面能 电流场 应力场 空洞生长 合并
【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】：TN05;TG40
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-12
• 1.2 焊点可靠性问题的研究12-18
• 1.2.1 焊点的可靠性问题12-17
• 1.2.2 国内外研究现状17-18
• 1.2.3 对焊点可靠性研究现状的分析18
• 1.3 本文主要研究内容18-21
• 第2章 模拟空洞生长和迁移的分析模型21-36
• 2.1 物理模型介绍21-25
• 2.1.1 研究和模拟的对象21-23
• 2.1.2 扩散界面模型23-25
• 2.2 模型的控制方程25-30
• 2.2.1 成分场25-27
• 2.2.2 电场27-28
• 2.2.3 弹性场28-30
• 2.2.4 自由能密度30
• 2.3 模型的边界条件30-33
• 2.3.1 成分场中的边界条件31-32
• 2.3.2 电场中的边界条件32
• 2.3.3 弹性场中的边界条件32-33
• 2.4 方程及变量的无量纲化处理33-36
• 2.4.1 成分场方程的无量纲化34
• 2.4.2 电场方程的无量纲化34-35
• 2.4.3 弹性场方程的无量纲化35-36
• 第3章 数值方法36-43
• 3.1 电场和弹性场的数值计算方法36-41
• 3.1.1 数值离散和迭代方法36-38
• 3.1.2 电场和弹性场控制方程的离散化38-40
• 3.1.3 电场和弹性场边界条件的离散化40-41
• 3.2 成分场控制方程的离散化和迭代方法41-43
• 第4章 数值模拟结果43-57
• 4.1 模型基本信息43
• 4.2 电流场对于空洞合并状况的影响43-48
• 4.3 不加外场时空洞的合并状况48-50
• 4.4 应力场对于空洞生长和合并状况的影响50-53
• 4.4.1 拉应力对于空洞生长和合并状况的影响50-52
• 4.4.2 切应力对于空洞生长和合并状况的影响52-53
• 4.5 电流场和应力场对于空洞生长和合并状况的影响53-57
• 4.5.1 电流场和拉应力对于空洞生长和合并状况的影响53-55
• 4.5.2 电流场和切应力对于空洞生长和合并状况的影响55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曹小平;方兵;殷志田;;焊点可靠度试验及失效分析测试[J];电子产品可靠性与环境试验;2008年02期

2 刘平;姚t2;顾小龙;赵新兵;刘晓刚;;Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究[J];电子显微学报;2011年02期

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本文编号：945809