电子封装无铅微焊点的蠕变行为及镀层锡须生长机制研究

发布时间：2023-03-06 18:21

　　伴随电子产品日益趋向无铅化、多功能化和极小化,电子封装互连微焊点和锡镀层所承受的电载荷及热载荷越来越严重,以致蠕变、锡须等可靠性问题越来越突出,已成为学术界和业界广泛关注的焦点。本论文系统地研究了不同含量微量合金元素(Bi、Ni)对Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)低银无铅钎料线性微焊点的拉伸蠕变及断裂行为的影响,进一步研究了热-电耦合作用下微焊点元素扩散、界面IMC生长演变规律及蠕变断裂行为;同时,在阐明锡镀层厚度及外加载荷对锡须生长行为的影响规律的基础上,首次提出了外加载荷作用下镀锡层锡须的复合生长机制。研究了不同Bi含量(1.0³.0%)和Ni含量(0.02⁰.10%)对SAC0307钎料微焊点在80¹25℃温度和8¹5 MPa应力作用下的拉伸蠕变变形及断裂行为的影响,并构建了其蠕变本构方程。结果表明:(1)微量元素(Bi、Ni)均提高了微焊点的蠕变激活能(Q)和蠕变应力指数(n),Bi、Ni含量分别为3.0%和0.05%时微焊点的抗蠕变性能最强;(2)Bi、Ni对微焊点的蠕变激活...

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 电子封装概述
        1.1.1 电子封装的定义
        1.1.2 电子封装的无铅化
        1.1.3 电子封装的微小化
    1.2 蠕变理论及蠕变性能研究现状
        1.2.1 蠕变理论及变形机制
        1.2.2 蠕变模型及本构方程
        1.2.3 电子封装焊点蠕变研究现状
    1.3 锡须生长的研究现状
        1.3.1 锡须的定义及其危害
        1.3.2 锡须的生长机制研究
        1.3.3 锡须生长的抑制研究
    1.4 本论文的研究内容
2 实验材料、设备及方法
    2.1 实验用钎料及钎剂
    2.2 样品的制备方法
        2.2.1 线性微焊点的制备
        2.2.2 锡镀层的制备
    2.3 实验方法
        2.3.1 拉伸蠕变实验
        2.3.2 热-电耦合实验
        2.3.3 焊点微观组织及断口表征方法
        2.3.4 锡须生长测试方法
3 SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变行为研究
    3.1 引言
    3.2 SAC0307-XBi钎料微焊点蠕变变形曲线
        3.2.1 恒压下SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变曲线和稳态蠕变速率
        3.2.2 SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变激活能Q
        3.2.3 恒温下SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变曲线和稳态蠕变速率
        3.2.4 SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变应力指数n
        3.2.5 SAC0307-xBi钎料微焊点蠕变本构方程
    3.3 Bi含量对微焊点显微组织及界面IMC的影响
    3.4 SAC0307-xBi微焊点蠕变变形及断裂失效机制分析
        3.4.1 SAC0307-xBi微焊点蠕变变形机制
        3.4.2 SAC0307-xBi微焊点蠕变断口形貌及失效机制
    3.5 本章小结
4 SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变行为研究
    4.1 引言
    4.2 SAC0307-XNi钎料微焊点蠕变变形曲线
        4.2.1 恒压下SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变曲线和稳态蠕变速率
        4.2.2 SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变激活能Q
        4.2.3 恒温下SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变曲线和稳态蠕变速率
        4.2.4 SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变应力指数n
        4.2.5 SAC0307-xNi钎料微焊点蠕变本构方程
    4.3 Ni含量对微焊点显微组织及界面IMC的影响
    4.4 SAC0307-xNi微焊点蠕变变形及断裂失效机制分析
        4.4.1 SAC0307-xNi微焊点蠕变变形机制
        4.4.2 SAC0307-xNi微焊点蠕变断口形貌及失效机制
    4.5 本章小结
5 热-电耦合作用下微焊点显微组织与蠕变行为
    5.1 引言
    5.2 热-电耦合作用下SAC0307-3.0Bi钎料微焊点的微观组织
        5.2.1 热-电耦合作用下焊点界面IMC的演变
        5.2.2 热-电耦合作用下微焊点内元素的扩散
        5.2.3 热-电耦合作用下焊点内元素浓度的变化
        5.2.4 热-电耦合过程中原子的扩散机理
        5.2.5 热-电耦合作用下界面空洞和微裂纹的形成
    5.3 热-电耦合预处理后SAC0307-3.0Bi钎料微焊点蠕变变形曲线
        5.3.1 恒压下微焊点的蠕变曲线和稳态蠕变速率
        5.3.2 热-电耦合后微焊点蠕变激活能Q
        5.3.3 恒温下微焊点蠕变曲线和稳态蠕变速率
        5.3.4 热-电耦合后微焊点蠕变应力指数n
        5.3.5 热-电耦合后微焊点蠕变本构方程
    5.4 热-电耦合预处理对SAC0307-3.0Bi钎料微焊点蠕变行为影响
    5.5 热-电耦合预处理后微焊点蠕变变形机制及断裂模式分析
        5.5.1 热-电耦合预处理对微焊点蠕变变形机制影响
        5.5.2 热-电耦合预处理对微焊点蠕变断裂模式影响
    5.6 本章小结
6 微互连镀层外力作用下的锡须生长行为
    6.1 不同厚度镀锡层的锡须生长
    6.2 热-力耦合作用下镀锡层锡须生长
        6.2.1 热-力耦合温度的影响
        6.2.2 热-力耦合时间的影响
        6.2.3 热-力耦合加载方式的影响
        6.2.4 实验结果分析
    6.3 电流加载对镀层锡须生长行为研究
        6.3.1 电流加载时间对锡须生长的影响
        6.3.2 电流导致阴极端空洞与裂纹的形成
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
附录
    A 作者在攻读学位期间发表的学术论文目录
    B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
    C 作者在攻读学位期间主持和参加的科研项目
    D 作者在攻读学位期间获得的奖励
    E 学位论文数据集
致谢



本文编号：3757151