板級焊點結構的熱疲勞性能與機械疲勞性能研究

《板級焊點結構的熱疲勞性能與機械疲勞性能研究》是依託北京工業大學，由林健擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：板級焊點結構的熱疲勞性能與機械疲勞性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：林健
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

板級封裝焊點結構的熱疲勞性能是表面封裝技術可靠性研究的熱點問題，而其機械疲勞性能則研究較少，焊點結構在熱疲勞和機械疲勞載荷共同作用下的破壞過程鮮有研究報導。無鉛化是電子行業發展的必然趨勢，目前常用SnAgCu系無鉛釺料相對於錫鉛釺料而言，熱疲勞性能較好，而機械疲勞和跌落性能相對較差，影響了無鉛釺料的進一步推廣套用。本項目擬採用試驗測試和數值模擬相結合的方法研究板級封裝焊點結構典型熱疲勞和機械疲勞過程中的裂紋擴展過程及非彈性應變的分布及演變規律，比較研究焊點熱疲勞和機械疲勞的本質區別，探討常用SnAgCu系無鉛釺料焊點熱疲勞和機械疲勞性能不一致的原因。在此基礎上，探討採用低銀SnAgCu系無鉛釺料替代現有無鉛釺料的可能性，研究銀含量對其機械疲勞性能的影響，進而提出改善SnAgCu系無鉛釺料機械疲勞性能的方法。初步研究焊點結構處於熱疲勞和機械疲勞載荷共同作用下的破壞規律及服役壽命預測方法。

結題摘要

在電子電路的表面貼裝結構中，板級封裝的焊點除作為電路的電氣連線通道外，還在晶片與基板之間提供機械連線,一個焊點的破壞往往會對整個電路產生巨大影響。因此，板級封裝焊點在生產及服役過程中的失效現象一直是表面貼裝技術研究的熱點問題之一。無鉛化是電子產品發展的必然趨勢，目前常用SnAgCu系無鉛釺料相對於錫鉛釺料而言，熱疲勞性能較好，而機械疲勞性能相對較差，影響了無鉛釺料的進一步推廣套用。 為了進一步推進SnAgCu系無鉛釺料在實際電子產品中的套用，本項目針對以下研究內容展開了研究： (1) 板級封裝焊點結構的熱疲勞和機械疲勞破壞過程的研究。 (2) 改善SnAgCu系無鉛釺料焊點結構機械疲勞性能的方法研究：研究低銀SnAgCu系無鉛釺料焊點的回流焊工藝，銀含量對焊點結構機械疲勞性能的影響，以及低銀SnAgCu系無鉛釺料在實際電子電路中的套用。 (3) SnAgCu系無鉛釺料板級焊點結構熱疲勞－機械疲勞壽命預測方法研究：建立同時承受熱疲勞載荷和機械疲勞載荷的焊點結構的數值模型，研究峰值載荷和疲勞載荷頻率對非彈性應變演變的影響。 (4) SnAgCu系無鉛釺料焊點的抗衝擊和抗跌落性能研究：研究銀含量對焊點結構拉伸力學性能、抗衝擊和抗跌落性能及顯微組織的影響。 在基金項目的資助下，通過三年的科學研究，完成了以上四項研究內容，獲得了以下重要結論： (1) 相對於傳統錫鉛釺料而言，Sn3.0Ag0.5Cu無鉛釺料焊點熱疲勞壽命較長，而機械疲勞壽命較短。 (2) 建立了研究釺料焊點結構在熱疲勞和機械疲勞過程中非彈性應變分布和演變規律的數值模型；板級焊點結構在熱疲勞過程中，蠕變應變的數值遠大於塑性應變，而在機械疲勞過程中，則是塑性應變數值占主導地位。 (3) 隨著銀含量的增大，SnAgCu系無鉛釺料焊點結構的靜態拉伸強度變化不大，但抗衝擊性能和抗跌落性能明顯降低，這與焊點結構中的金屬間化合物厚度的變化密切相關。 (4) SnAgCu系無鉛釺料中銀含量的調整對助焊劑和回流焊工藝的選擇影響不大，低銀SnAgCu系無鉛釺料可獲得形狀飽滿，滿足要求的焊點，且成本較低。 在基金項目的資助下，共發表研究論文12篇，參加國際會議4次，培養研究生7人，項目負責人在基金項目資助期間晉升為副教授，碩士生導師。