無鉛化和微型化已經成為電子封裝的發(fā)展趨勢,溫度環(huán)境對無鉛焊點的力學性能及連接可靠性產生了不可忽視的影響。本文通過納米壓痕法對高溫條件下無鉛焊料的力學性能進行了研究,并對高溫時效條件下無鉛焊點的拉伸剪切行為進行了實驗研究。使用有限元方法對焊點金屬間化合物(intermetallic compound,IMC)微結構模型的斷裂進行模擬,分析了IMC層不同微觀形貌對焊點斷裂行為的影響。1、對Sn96.5Ag3Cu0.5無鉛焊料進行回流焊處理,設計50℃、70℃、90℃、110℃四個溫度環(huán)境,采用納米壓痕技術對高溫環(huán)境下無鉛焊料的力學性能進行研究,結果表明,溫度對焊料試樣的力學性能影響顯著。隨著溫度的升高,彈性模量和硬度逐漸降低,焊料發(fā)生軟化;較高溫度下的蠕變應力指數(shù)較小,焊料的蠕變抗力降低,其相應的蠕變激活能為75.5KJ/mol。2、為考察Sn-Ag-Cu焊點在高溫環(huán)境下的可靠性,本文設計將Sn-Ag-Cu焊點試樣在120℃恒溫環(huán)境下儲存240h和480h。儲存結束后,為研究溫度時效對焊點連接可靠性的影響,使用INSTRON力學試驗機測試不同時效條件下焊點的拉伸與剪切強度�？梢钥吹�,時效時間的增加使焊點的抗拉強度和剪切強度下降。斷裂時焊點的應變也隨之增大,并綜合掃描電鏡下對試樣斷口形貌的觀察。得到焊點的斷裂模式從韌性斷裂逐漸變?yōu)榛旌蠑嗔训慕Y論。3、使用回流焊技術實現(xiàn)焊錫接點互連的過程中,在界面會出現(xiàn)一層薄薄的偏脆性多晶過渡層——IMC層。在其形成和生長過程中,晶粒形狀和尺寸發(fā)生改變從而影響其破壞模式。本文通過Voronoi隨機算法構建IMC多晶幾何結構,并在晶界處加入自定義內聚力界面單元,以此來模擬材料微觀尺度下晶界損傷與晶界微裂紋擴展的模式與路徑。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TG42
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 電子封裝技術
        1.1.1 電子封裝技術的歷史
        1.1.2 電子封裝技術簡介
    1.2 電子封裝無鉛化的發(fā)展
    1.3 溫度對電子封裝中焊點可靠性影響的研究
    1.4 本文的主要工作
第二章 高溫下焊料的力學性能研究
    2.1 引言
    2.2 實驗原理介紹
        2.2.1 納米壓痕測試原理
        2.2.2 蠕變性能測試原理
    2.3 試樣制備與壓入測試
    2.4 結果與分析
        2.4.1 壓入載荷-深度曲線及模量與硬度
        2.4.2 蠕變性能
    2.5 本章小結
第三章 等溫時效對焊點拉伸與剪切性能的影響
    3.1 引言
    3.2 試樣制備與實驗過程
    3.3 結果分析
    3.4 本章小結
第四章 焊點IMC層晶間斷裂的有限元模擬
    4.1 引言
    4.2 VORONOI隨機幾何模型簡介
    4.3 晶界內聚力模型
        4.3.1 內聚力模型簡介
        4.3.2 內聚力界面單元的構造與數(shù)值實現(xiàn)
        4.3.3 有限元計算流程
    4.4 結果與討論
        4.4.1 規(guī)則度對模型整體強度的影響
        4.4.2 晶粒尺寸對模型整體強度的影響
    4.5 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 總結
    5.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間的研究成果

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本文編號：2843502