無鉛化和微型化已經(jīng)成為電子封裝的發(fā)展趨勢,溫度環(huán)境對無鉛焊點(diǎn)的力學(xué)性能及連接可靠性產(chǎn)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(xué)性能進(jìn)行了研究,并對高溫時效條件下無鉛焊點(diǎn)的拉伸剪切行為進(jìn)行了實驗研究。使用有限元方法對焊點(diǎn)金屬間化合物(intermetallic compound,IMC)微結(jié)構(gòu)模型的斷裂進(jìn)行模擬,分析了IMC層不同微觀形貌對焊點(diǎn)斷裂行為的影響。1、對Sn96.5Ag3Cu0.5無鉛焊料進(jìn)行回流焊處理,設(shè)計50℃、70℃、90℃、110℃四個溫度環(huán)境,采用納米壓痕技術(shù)對高溫環(huán)境下無鉛焊料的力學(xué)性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明,溫度對焊料試樣的力學(xué)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(yīng)力指數(shù)較小,焊料的蠕變抗力降低,其相應(yīng)的蠕變激活能為75.5KJ/mol。2、為考察Sn-Ag-Cu焊點(diǎn)在高溫環(huán)境下的可靠性,本文設(shè)計將Sn-Ag-Cu焊點(diǎn)試樣在120℃恒溫環(huán)境下儲存240h和480h。儲存結(jié)束后,為研究溫度時效對焊點(diǎn)連接可靠性的影響,使用INSTRON力學(xué)試驗機(jī)測試不同時效條件下焊點(diǎn)的拉伸與剪切強(qiáng)度�？梢钥吹�,時效時間的增加使焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度下降。斷裂時焊點(diǎn)的應(yīng)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(diǎn)的斷裂模式從韌性斷裂逐漸變?yōu)榛旌蠑嗔训慕Y(jié)論。3、使用回流焊技術(shù)實現(xiàn)焊錫接點(diǎn)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(jī)算法構(gòu)建IMC多晶幾何結(jié)構(gòu),并在晶界處加入自定義內(nèi)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(kuò)展的模式與路徑。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shù)
        1.1.1 電子封裝技術(shù)的歷史
        1.1.2 電子封裝技術(shù)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(diǎn)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(xué)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(jié)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(jié)
第三章 等溫時效對焊點(diǎn)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(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 焊點(diǎn)IMC層晶間斷裂的有限元模擬
    4.1 引言
    4.2 VORONOI隨機(jī)幾何模型簡介
    4.3 晶界內(nèi)聚力模型
        4.3.1 內(nèi)聚力模型簡介
        4.3.2 內(nèi)聚力界面單元的構(gòu)造與數(shù)值實現(xiàn)
        4.3.3 有限元計算流程
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 規(guī)則度對模型整體強(qiáng)度的影響
        4.4.2 晶粒尺寸對模型整體強(qiáng)度的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間的研究成果

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