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功率器件无铅焊料焊接层可靠性研究

本文研究工作主要围绕无铅焊接及其可靠性展开,论文分为两个大的部分。第一部分系统研究了焊接层中孔洞对热阻和热机械应力的影响,以及影响孔洞形成的因素。结果表明,空洞率对热阻影响显著,空洞位置对热阻的影响不大,以10%空洞为例,不同典型位置空洞导致热阻的差别小于1%。当空洞处于焊接层中央位置时,空洞率对焊接层等效塑性应变的大小及分布影响较小。和空洞大小相比,空洞位置对焊接层内等效塑性应变的分布有一定的影响。在现有试验设计及参数窗口内,焊料的种类,回流曲线,焊盘和器件的镀层种类及其氧化程度和焊料高度对焊接层空洞率的影响都比较小,最大空洞率不超过5%。焊接层中空洞较大的样品不论是空洞的生长还是分层及疲劳裂纹都比空洞率较小的样品严重。但是空洞率为33%—48%的试验样品的寿命超过2500热冲击周期。这与模拟结果符合,即焊接层中的空洞率对焊接层热机械可靠性影响较小。论文第二部分主要探讨了不同构型下形成的金属间化合物(Intermetallic  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

功率器件SnAgCu无铅焊接层可靠性研究

随着现代电子技术的发展和电子产品的广泛应用,人们对电子产品的依赖越来越强.与此同时,电子产品中铅对环境的污染也受到全世界的关注.实现电子产品的无铅化,是摆在所有电子产品生产厂商面前的问题。而在无铅化生产过程中,还要考虑无铅电子产品的可靠性和生产工艺。焊接层空洞是引起电子器件失效的一种重要因素,同时也是可靠性研究的重要内容之一。本文研究工作主要围绕无铅SnAgCu焊接功率器件可靠性及其焊接工艺改进展开。首先通过功率器件的失效分析,详细分析了空洞引发器件可靠性失效的机理:在加电或温度循环的条件下,空洞周围容易电应力或热应力集中,萌发裂纹;裂纹延伸扩张,生成裂缝,诱发电过载或者直接造成芯片结构的破坏。其次用有限元方法模拟了焊接层空洞对功率器件散热的影响。结果表明,空洞率对散热有较大的影响。当空洞率在50%时,其影响达到了16.12%。再次,用正交设计法研究了焊料,印刷形状,焊盘镀层,回流曲线及预压力对无铅焊层空洞形成的影响,得出控制空...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江工业大学
浙江工业大学

微电子封装中无铅焊料的损伤模型和失效机理研究

由于铅和含铅化合物的毒性对人类环境和健康的危害,以及法律、法规的限制,在微电子封装中使用无铅焊料已经成为不可避免的趋势。焊点作为组件和PCB板(Printed circuit board)的机械、热和电气连接材料,对于电子封装的可靠性至关重要。因此,迫切需要准确理解无铅焊料的力学响应和本构行为。目前大多数研究都是基于材料无缺陷的,并没有考虑微结构组织的演化和微损伤的影响。本文基于细观力学和损伤力学的理论和方法,实验研究了无铅焊料的机械性能和微观损伤机理,考虑晶粒尺寸效应和空洞损伤,提出一种粘塑性—损伤本构模型,采用神经网络和嵌入序列二次规划法(SQP)的优化程序确定模型参数,以有限元软件ABAQUS的用户材料子程序(UMAT)为基础建立分析无铅焊料力学行为和损伤失效的数值仿真系统,通过与实验数据比较对提出的模型进行验证,并分析BGA(球栅阵列)封装中无铅焊点的损伤过程和可靠性问题。论文的主要工作与研究成果归纳如下:①基于数字散斑...  (本文共137页) 本文目录 | 阅读全文>>

湖南大学
湖南大学

低熔点无铅焊料Sn-Bi-X的研制与无铅焊接工艺研究

随着各国政府无铅法案的陆续推出,电子组装业中焊料的无铅化已成为一个不可逆转的趋势。在业界目前公认的四种类型的无铅焊料中,Sn-Ag系和Sn-Cu系焊料因熔点比锡铅焊料高出34℃以上,导致焊点质量变差,焊接设备、印制板基材以及元器件都因无法承受高温而需更新换代;Sn-Zn焊料熔点为198℃,与Sn-37Pb的183℃非常接近,且具有良好的力学性能和低廉的价格,但Zn易氧化,使得Sn-Zn焊料在使用中也产生了很多问题;Sn-Bi系共晶焊料因熔点只有138℃,只能应用于对可靠性要求不高的低温场合。目前尚未见到熔点在180℃~190℃之间的无铅焊料应用于实践的报道。Sn-Bi系焊料的熔点可以通过调整Bi的含量来控制,使其接近于锡铅焊料,但该焊料在焊接过程中的产生的Bi偏析以及焊点脆性问题一直未能解决。作者通过在Sn-20Bi合金中加入一系列能够优化焊料性能的微量元素,首次采用快速凝固技术制备出了一种新型的Sn-Bi-X无铅焊料。该焊料的...  (本文共150页) 本文目录 | 阅读全文>>

《半导体信息》2006年05期
半导体信息

千住新款无铅焊料面市

总部设在日本并拥有17个海外公司的千住集团2006年4月18日宣布,推出一款符合欧盟RoHS标准的铅焊料及设备。由于世界各地对于环保要求的日益升高,千住公司为了迎合各层次客户的需求,研...  (本文共1页) 阅读全文>>

《稀有金属》1960年20期
稀有金属

无铅焊料研究进展和若干前沿问题

无铅焊料研究进展和若干前沿问题乔芝郁,谢允安,何鸣鸿,张启运(北京科技大学理化系100083)(北京大学钎焊技术研究所)评述了国外无铅焊料研究的现状和前景,比较了几种有潜力的无铅焊料的性能,指出了无铅焊料研究的几个前沿问题。关键词:无铅焊料,润湿性,可焊性,焊接点,显微组织,力学性能一、无铅焊料研究的兴起随着人类社会和文明的发展,制造工业对材料的选择不仅要考虑产品性能、可靠性和成本,环境保护和人类保健问题也成了重要的权衡因素。铅锡合金作为焊接材料使用已有几千年的历史。特别是在近几十年,又成了现代电子工业的主要封接材料。然而,铅及铅化合物属剧毒物质,长期广泛地使用含铅焊料会给人类环境和安全带来不可忽视的危险。铅污染问题日益受到人们的重视,因而材料科学工作者面临着用无铅焊料取代传统铅锡焊料的挑战,无铅焊料的研究和开发已成为材料科学的前沿课题之一。然而,由于传统铅锡焊料不仅具有优异的性能和成本低廉的特点,而且在长期的使用过程中形成了一...  (本文共5页) 阅读全文>>

河北大学
河北大学

基于动态压痕试验的低银无铅焊料动态力学性能研究

随着电子工业的发展,便携式电子产品的尺寸越来越小,导致电子器件的尺寸也在逐渐减小,电子封装中起机械支撑和电信号传输作用的焊点也变得越来越小,甚至达到微米、纳米量级。此外,低银无铅焊料比高银无铅焊料延展性好,成本低,现在低银无铅焊料在电子产品中占越来越重要的比例。电子产品的服役环境越来越复杂,运输和使用过程中总是会受到撞击和跌落,或者会处于高温环境,因此,对微量级结构焊点在撞击时和高温环境的力学性能的研究就变得尤其重要。基于上述问题,本文对低银无铅焊料Sn0.3Ag0.7Cu的力学性能进行了以下研究:1、由于传统测试手段的局限性,本文在Hopkinson压杆技术的基础上,结合静态纳米压痕测试原理,设计并优化制作了一套动态压痕试验系统,探讨并解决了由于设备动量过大而对试件的加载过大,以及试验数据输出、压力采集等诸多关键性难题,完成了动态纳米压痕试验台的架设。经过进一步改进后可测试微尺度材料在高应变率下的动力学特性。结合Hopkins...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>