无铅焊点的高温力学行为及连接可靠性研究

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1、ｊ；瞧太原理工大学翊＂学位论克麵ｉ瞧题这目无铅焊点的高温力学行为及连接可靠性研究—ｈａｎｃ化ｄｏｎＨｉｈｔｅｍｅｒａ化ｒｅＭｅｃｉａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄ論Ｓｙｇｐ－英文并列题目ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＬｅａｄｆｒｅｅＡｌｌｏｙｎ蛹ｉ声明＂本人郑重声明，是本人在指导教师的指导下，：所呈交的学位论文姐立进行硏究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的硏究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。

2、，均百在文中＾乂明确方式标明本声明的法律责任由本人承担。论文作者答名尔＾日、每、Ｗ：期；心—本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印＾件１、；＠学校可＾采用影印缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；感学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可Ｗ学术交流为目的，＊复制赠送和交换学位论文；？学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。１私＾、签名ｌ、（？、：日期；心ｂ飞导师签名八、：

3、期：太原理工大学硕士研究生学位论文无铅焊点的高温力学行为及连接可靠性研究摘要无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势，温度环境对无铅焊点的力学性能及连接可靠性产生了不可忽视的影响。本文通过纳米压痕法对高温条件下无铅焊料的力学性能进行了研究，并对高温时效条件下无铅焊点的拉伸剪切行为进行了实验研究。使用有限元方法对焊点金属间化合物（intermetalliccompound,IMC）微结构模型的断裂进行模拟，分析了IMC层不同微观形貌对焊点断裂行为的影响。1、对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流焊处理，设计50℃、70℃、90℃、11

4、0℃四个温度环境，采用纳米压痕技术对高温环境下无铅焊料的力学性能进行研究，结果表明，温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高，弹性模量和硬度逐渐降低，焊料发生软化；较高温度下的蠕变应力指数较小，焊料的蠕变抗力降低，其相应的蠕变激活能为75.5KJ/mol。2、为考察Sn-Ag-Cu焊点在高温环境下的可靠性，本文设计将Sn-Ag-Cu焊点试样在120℃恒温环境下储存240h和480h。储存结束后，为研究温度时效对焊点连接可靠性的影响,使用INSTRON力学试验机测试不同时效条件下焊点的拉伸与剪切强度。可以看到，时效时间的增加使焊点的抗拉强

5、度和剪切强度下降。断裂时焊点的应变也随之增大，并综合扫描电镜下对试样断口形貌的观察。得到焊点的断裂模式从韧性断裂逐渐变为混合断裂的结论。I太原理工大学硕士研究生学位论文3、使用回流焊技术实现焊锡接点互连的过程中，在界面会出现一层薄薄的偏脆性多晶过渡层——IMC层。在其形成和生长过程中，晶粒形状和尺寸发生改变从而影响其破坏模式。本文通过Voronoi随机算法构建IMC多晶几何结构，并在晶界处加入自定义内聚力界面单元，以此来模拟材料微观尺度下晶界损伤与晶界微裂纹扩展的模式与路径。关键字：无铅焊点，纳米压痕测试，高温，抗拉强度，剪切强度，内聚力模型I

6、I太原理工大学硕士研究生学位论文Studyonhigh-temperaturemechanicalpropertiesandinterconnectreliabilityoflead-freealloyABSTRACTWiththelead-freeandminiaturizationofsolderjointsinelectronicpackaging,temperatureenvironmenthaveaconsiderableimpactonthemechanicalpropertiesandconnectionreliabilityof

7、solderjoints.Inthispaper,thehigh-temperaturemechanicalpropertiesoflead-freesolderreflowedwereinvestigatedusingnanoindentation,thetensileandshearstrengthtestwascarriedoutonthesamplesafteragingfordifferenttime.TheinfluenceofdifferentmicromorphologyofIMConthefracturebehaviorofs

8、olderjointwasanalyzedbynumericalsimulationsoftheintergranularcrackingofIMC.