本文關(guān)鍵詞：低銀Sn-Ag-Cu無鉛釬料焊點(diǎn)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(jìn)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(shí)。因此,高性價(jià)高可靠性的低銀無鉛釬料及其焊點(diǎn)的研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)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(duì)釬料性能和焊點(diǎn)熱可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并分析了應(yīng)用于印制電路板(PCB)貼裝焊點(diǎn)的失效機(jī)理。對(duì)低銀SAC-Ni-P釬料的漫流性、潤(rùn)濕性和力學(xué)性能進(jìn)行了研究,并與Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.7Cu和Sn-37Pb三種釬料進(jìn)行了對(duì)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(rùn)濕性大小值依次為Sn-37PbSn-3.5Ag-0.6Cu低銀SAC-Ni-PSn-0.7Cu;在力學(xué)性能方面,低銀SAC-Ni-P釬料的抗拉強(qiáng)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(duì)Cu/低銀SAC-Ni-P/Cu對(duì)接焊點(diǎn)進(jìn)行了熱時(shí)效、熱沖擊和熱循環(huán)三種熱可靠性加速試驗(yàn),結(jié)果表明:界面IMC的生長(zhǎng)速率主要受原子的擴(kuò)散速率所控制,隨著時(shí)效時(shí)間的增加,界面IMC厚度的增長(zhǎng)符合拋物線規(guī)律,IMC形貌由細(xì)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(zhǎng)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(zhǎng)激活能為33.75kJ/mol;焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度隨著時(shí)效時(shí)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(zhǎng)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(yàn)結(jié)果類似,隨著沖擊(循環(huán))周期的增加,由于溫度和熱應(yīng)力的共同作用,使得界面IMC厚度不斷增厚,其形貌由細(xì)小的鋸齒狀變?yōu)榇蟛ɡ藸?熱應(yīng)力會(huì)加速缺陷的聚集和長(zhǎng)大,使裂紋萌生,導(dǎo)致隨著沖擊(循環(huán))周期的增加,焊點(diǎn)剪切強(qiáng)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(qiáng)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(duì)焊點(diǎn)施加一定的剪切載荷以模擬服役過程中的熱應(yīng)力,同時(shí)進(jìn)行了熱循環(huán)和熱沖擊試驗(yàn),結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)條件下,加載載荷對(duì)焊點(diǎn)顯微組織及IMC厚度形貌等無明顯影響,但會(huì)使焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度進(jìn)一步降低。利用ANSYS有限元模擬軟件研究PCB板貼裝焊點(diǎn)的失效機(jī)理,結(jié)果表明,PCB板貼裝焊點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變最大區(qū)域吻合,后裂紋沿著Cu焊盤界面擴(kuò)展,脆性相Cu6Sn5的長(zhǎng)大,加速了焊點(diǎn)的失效。試驗(yàn)及模擬證明,低銀SAC-Ni-P釬料可以滿足PCB貼裝焊點(diǎn)可靠性的要求。
【關(guān)鍵詞】：低銀SAC-Ni-P釬料 無鉛焊點(diǎn) 金屬間化合物 熱可靠性 ANSYS有限元模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(duì)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(diǎn)可靠性16-21
• 1.2.1 焊點(diǎn)可靠性研究意義及研究問題16-17
• 1.2.2 低銀SAC無鉛焊點(diǎn)熱可靠性加速試驗(yàn)研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 課題意義及研究?jī)?nèi)容21-23
• 2 試驗(yàn)方法與步驟23-29
• 2.1 釬料制備及釬料性能測(cè)試23-24
• 2.1.1 釬料熔煉23
• 2.1.2 漫流性試驗(yàn)23
• 2.1.3 潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)23-24
• 2.1.4 力學(xué)性能試驗(yàn)24
• 2.2 熱可靠性試驗(yàn)24-27
• 2.2.1 焊點(diǎn)制備24-25
• 2.2.2 熱時(shí)效試驗(yàn)25-27
• 2.2.3 熱沖擊試驗(yàn)27
• 2.2.4 熱循環(huán)試驗(yàn)27
• 2.3 PCB板貼裝焊點(diǎn)熱沖擊試驗(yàn)及ANSYS模擬27-29
• 2.3.1 PCB板貼裝焊點(diǎn)熱沖擊試驗(yàn)27-28
• 2.3.2 ANSYS模擬試驗(yàn)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(rùn)濕性研究31-33
• 3.3 釬料的力學(xué)性能研究33
• 3.4 本章小結(jié)33-35
• 4 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點(diǎn)的熱可靠性35-54
• 4.1 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點(diǎn)的熱時(shí)效35-42
• 4.1.1 時(shí)效對(duì)焊點(diǎn)界面IMC組織的影響35-37
• 4.1.2 界面IMC的生長(zhǎng)速率及其激活能37-39
• 4.1.3 時(shí)效對(duì)焊點(diǎn)力學(xué)性能的影響39-42
• 4.2 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點(diǎn)的熱沖擊42-46
• 4.2.1 沖擊周期對(duì)焊點(diǎn)顯微組織的影響42-43
• 4.2.2 沖擊周期對(duì)IMC形貌及厚度的影響43-44
• 4.2.3 沖擊周期對(duì)焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度的影響44-46
• 4.3 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點(diǎn)的熱循環(huán)46-50
• 4.3.1 循環(huán)周期對(duì)IMC形貌及厚度的影響46-48
• 4.3.2 循環(huán)周期對(duì)焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度的影響48-50
• 4.4 低銀SAC-Ni-P無鉛焊點(diǎn)的熱可靠性綜合分析50-53
• 4.4.1 試驗(yàn)時(shí)間對(duì)界面IMC生長(zhǎng)的影響50-51
• 4.4.2 試驗(yàn)時(shí)間對(duì)焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度的影響51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 PCB板貼裝焊點(diǎn)熱沖擊試驗(yàn)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(diǎn)應(yīng)力分析56-59
• 5.2.2 焊點(diǎn)的應(yīng)變分析59-61
• 5.3 PCB板貼裝焊點(diǎn)熱沖擊試驗(yàn)61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果71

【參考文獻(xiàn)】

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(diǎn)金屬間化合物生長(zhǎng)及焊點(diǎn)失效行為[J];材料工程;2010年10期

2 杜長(zhǎng)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(hào)：1103436