多場耦合條件下微型無鉛焊點蠕變行為研究.pdf

1、隨著國際上環(huán)保法規(guī)及相關(guān)法律的陸續(xù)實施，各個國家在無鉛釬料的研發(fā)和可靠性研究上蓬勃開展。焊點的可靠性決定了電子封裝產(chǎn)品的服役可靠性，尤其是抗蠕變性能，并已受到普遍關(guān)注。但是對于SnAgCu焊點在耦合條件下的蠕變性能研究卻很少有文獻報道。本文以廣泛應用的Sn3.0Ag0.5Cu釬料合金為參照系，自主研制了多場耦合蠕變測試裝置和測試方法，通過拉伸蠕變試驗，確定了耦合條件下溫度對SAC305/Cu無鉛焊點蠕變特性的影響，得出在當前的應力與溫度

2、范圍內(nèi)的蠕變指數(shù)和蠕變激活能，并確定了蠕變本構(gòu)方程；為了研究無鉛焊點蠕變性能與金屬間界面化合物之間的關(guān)系，通過采用顯微硬度刻痕的新型原位觀察方法，研究了不同溫度條件下SAC305/Cu無鉛焊點蠕變組織特征。在同樣的試驗條件下，研究了電流和磁場對SAC305/Cu無鉛焊點分別在高低應力下的蠕變性能和組織變化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴耦合蠕變試驗表明：所設(shè)計的耦合蠕變裝置有效可靠，能夠用于不同條件的蠕變測試。通過本實驗條件所測得的

3、蠕變性能參數(shù)：應力指數(shù)n為8.24，激活能Q為43.76KJ/mol，并構(gòu)建了材料的蠕變本構(gòu)方程。可以初步認為SAC305/Cu無鉛焊點的蠕變機制主要是位錯攀移的結(jié)果，而攀移速率主要通過β-Sn的晶界滑動過程控制。界面的原位觀察結(jié)果表明在同一加載條件下，隨著溫度的升高，釬料基體中的界面IMC達成連續(xù)的界面IMC層速率越快。溫度越高蠕變試樣的第二相Ag3Sn顆粒析出速度及體積越大。⑵多場耦合下施加電流的SAC305/Cu無鉛焊點，在15M

4、Pa高應力下，蠕變壽命隨著電流密度增加而明顯降低，電流越大穩(wěn)態(tài)階段越不明顯；當電流密度分別為70A/cm2、600A/cm2及1×103A/cm2時穩(wěn)態(tài)蠕變速率是未施加電流焊點的2.5倍、3.3倍及10倍；當電流為1×103A/cm2時，界面化合物厚度較未施加電流增大了0.16μm。在7MPa低應力下，蠕變曲線能夠觀察到典型蠕變的三個階段，電流增大使焊點的穩(wěn)態(tài)蠕變區(qū)間變窄；當電流密度分別為70A/cm2、600A/cm2及1×103A/

5、cm2時穩(wěn)態(tài)蠕變速率是未施加電流焊點的1.5倍、2.1倍及3倍，與高應力下相比穩(wěn)態(tài)蠕變速率并未急劇增加；相同加載時間內(nèi)與無電流條件相比，隨著電流的增大，界面厚度逐漸增加，形貌由扇貝狀變?yōu)閷訝?；基體組織中逐漸析出點狀Ag3Sn，數(shù)量逐漸增多、粗化。⑶多場耦合下施加磁場的SAC305/Cu無鉛焊點，在15MPa高應力下，焊點很快發(fā)生了失效，焊點幾乎沒有穩(wěn)態(tài)蠕變階段而直接進入加速蠕變階段；試樣穩(wěn)態(tài)蠕變速率隨著磁場強度增加有減小趨勢，但影響不大