本文關(guān)鍵詞：低銀Sn-Ag-Cu無鉛釬料焊點熱可靠性研究

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【摘要】：在世界范圍內(nèi),由于無鉛釬料的高成本和低可靠性限制了電子產(chǎn)品無鉛化的進程,降低Sn-Ag-Cu無鉛釬料的銀含量,已成為電子封裝無鉛化的重要共識。因此,高性價高可靠性的低銀無鉛釬料及其焊點的研究具有重要的科學意義和應用前景。本文通過添加微量Ni和P元素,研制了低銀Sn-0.45Ag-0.68Cu-Ni-P(SAC-Ni-P)釬料,對釬料性能和焊點熱可靠性進行了系統(tǒng)研究,并分析了應用于印制電路板(PCB)貼裝焊點的失效機理。對低銀SAC-Ni-P釬料的漫流性、潤濕性和力學性能進行了研究,并與Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.7Cu和Sn-37Pb三種釬料進行了對比分析。結(jié)果表明:低銀SAC-Ni-P釬料具有良好的綜合性能,四種釬料漫流性和潤濕性大小值依次為Sn-37PbSn-3.5Ag-0.6Cu低銀SAC-Ni-PSn-0.7Cu;在力學性能方面,低銀SAC-Ni-P釬料的抗拉強度與Sn-3.5Ag-0.6Cu釬料接近,而延伸率是Sn-3.5Ag-0.6Cu的1.89倍。對Cu/低銀SAC-Ni-P/Cu對接焊點進行了熱時效、熱沖擊和熱循環(huán)三種熱可靠性加速試驗,結(jié)果表明:界面IMC的生長速率主要受原子的擴散速率所控制,隨著時效時間的增加,界面IMC厚度的增長符合拋物線規(guī)律,IMC形貌由細小的鋸齒狀向平緩的大波浪狀轉(zhuǎn)變;在75℃、100℃和150℃下,IMC的生長速率系數(shù)分別為0.61×10-14cm2/s,2.06×10-14cm2/s和4.83×10-14cm2/s,其IMC的生長激活能為33.75kJ/mol;焊點的剪切強度隨著時效時間的增加而降低,溫度越高,下降越快,由于第二相及基體組織的長大,其斷裂模式由韌性斷裂向局部脆性斷裂轉(zhuǎn)變。熱沖擊和熱循環(huán)試驗結(jié)果類似,隨著沖擊(循環(huán))周期的增加,由于溫度和熱應力的共同作用,使得界面IMC厚度不斷增厚,其形貌由細小的鋸齒狀變?yōu)榇蟛ɡ藸?熱應力會加速缺陷的聚集和長大,使裂紋萌生,導致隨著沖擊(循環(huán))周期的增加,焊點剪切強度呈拋物線降低,由于熱循環(huán)周期較熱沖擊周期少,剪切強度下降沒有熱沖擊明顯,其斷裂模式由塑性斷裂向沿晶斷裂轉(zhuǎn)變。此外,通過對焊點施加一定的剪切載荷以模擬服役過程中的熱應力,同時進行了熱循環(huán)和熱沖擊試驗,結(jié)果表明,在實驗條件下,加載載荷對焊點顯微組織及IMC厚度形貌等無明顯影響,但會使焊點剪切強度進一步降低。利用ANSYS有限元模擬軟件研究PCB板貼裝焊點的失效機理,結(jié)果表明,PCB板貼裝焊點裂紋在元器件與Cu焊盤焊接界面處萌生,與有限元模擬焊點應力應變最大區(qū)域吻合,后裂紋沿著Cu焊盤界面擴展,脆性相Cu6Sn5的長大,加速了焊點的失效。試驗及模擬證明,低銀SAC-Ni-P釬料可以滿足PCB貼裝焊點可靠性的要求。
【關(guān)鍵詞】：低銀SAC-Ni-P釬料 無鉛焊點 金屬間化合物 熱可靠性 ANSYS有限元模擬
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG425;TG454
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 無鉛釬料研究現(xiàn)狀10-16
• 1.1.1 常用無鉛釬料分類及性能對比10-11
• 1.1.2 低銀無鉛釬料研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2 低銀Sn-Ag-Cu無鉛焊點可靠性16-21
• 1.2.1 焊點可靠性研究意義及研究問題16-17
• 1.2.2 低銀SAC無鉛焊點熱可靠性加速試驗研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 課題意義及研究內(nèi)容21-23
• 2 試驗方法與步驟23-29
• 2.1 釬料制備及釬料性能測試23-24
• 2.1.1 釬料熔煉23
• 2.1.2 漫流性試驗23
• 2.1.3 潤濕平衡試驗23-24
• 2.1.4 力學性能試驗24
• 2.2 熱可靠性試驗24-27
• 2.2.1 焊點制備24-25
• 2.2.2 熱時效試驗25-27
• 2.2.3 熱沖擊試驗27
• 2.2.4 熱循環(huán)試驗27
• 2.3 PCB板貼裝焊點熱沖擊試驗及ANSYS模擬27-29
• 2.3.1 PCB板貼裝焊點熱沖擊試驗27-28
• 2.3.2 ANSYS模擬試驗28-29
• 3 低銀SAC-Ni-P無鉛釬料的性能研究29-35
• 3.1 釬料漫流性研究29-31
• 3.2 釬料潤濕性研究31-33
• 3.3 釬料的力學性能研究33
• 3.4 本章小結(jié)33-35
• 4 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點的熱可靠性35-54
• 4.1 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點的熱時效35-42
• 4.1.1 時效對焊點界面IMC組織的影響35-37
• 4.1.2 界面IMC的生長速率及其激活能37-39
• 4.1.3 時效對焊點力學性能的影響39-42
• 4.2 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點的熱沖擊42-46
• 4.2.1 沖擊周期對焊點顯微組織的影響42-43
• 4.2.2 沖擊周期對IMC形貌及厚度的影響43-44
• 4.2.3 沖擊周期對焊點剪切強度的影響44-46
• 4.3 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點的熱循環(huán)46-50
• 4.3.1 循環(huán)周期對IMC形貌及厚度的影響46-48
• 4.3.2 循環(huán)周期對焊點剪切強度的影響48-50
• 4.4 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點的熱可靠性綜合分析50-53
• 4.4.1 試驗時間對界面IMC生長的影響50-51
• 4.4.2 試驗時間對焊點剪切強度的影響51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 PCB板貼裝焊點熱沖擊試驗及ANSYS模擬研究54-64
• 5.1 模型的建立和參數(shù)的選擇54-56
• 5.1.1 構(gòu)建模型54-55
• 5.1.2 定義材料屬性55
• 5.1.3 邊界條件和溫度加載條件55-56
• 5.2 模擬結(jié)果及分析56-61
• 5.2.1 焊點應力分析56-59
• 5.2.2 焊點的應變分析59-61
• 5.3 PCB板貼裝焊點熱沖擊試驗61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-71
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的研究成果71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 肖慧;李曉延;李鳳輝;;熱循環(huán)條件下SnAgCu/Cu焊點金屬間化合物生長及焊點失效行為[J];材料工程;2010年10期

2 杜長華,陳方,杜云飛;Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系無鉛釬料的釬焊特性研究[J];電子元件與材料;2004年11期

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本文編號：1103436