表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點的熱疲勞性能及機械疲勞性能研究

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1、摘要在電子產(chǎn)品的表面貼裝結(jié)構(gòu)中，一個焊點的破壞往往會造成整個器件的失效。因此，如何提高和控制焊點的使用壽命一直是電子產(chǎn)品表面貼裝技術(shù)中的關(guān)鍵問題之一。焊點的熱疲勞破壞和機械疲勞破壞是電子電路中的焊點發(fā)生失效的主要形式，其中焊點熱疲勞破壞所占的比例最大。另外，電子產(chǎn)品的無鉛化也給焊點的疲勞壽命研究帶來了新的挑戰(zhàn)。由此，本論文針對表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點的熱疲勞性能和機械疲勞性能展開研究，研究焊點的熱疲勞裂紋萌生及擴展規(guī)律，預(yù)測和評價焊點熱疲勞壽命的方法，并對焊點結(jié)構(gòu)的機械疲勞性能展開初步研究。本文首先對表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點的回流焊過程展開研究，并在此基礎(chǔ)上研究了焊點結(jié)構(gòu)的熱疲勞性能，

2、其中主要研究了焊點結(jié)構(gòu)在熱疲勞過程中電阻值及熱疲勞裂紋的變化。研究結(jié)果表明，焊點在熱疲勞過程中存在著三個典型的熱疲勞裂紋萌生位置，其中，熱疲勞裂紋主要在位置1處萌生，這與該處附近區(qū)域所產(chǎn)生的等效非彈性應(yīng)變的數(shù)值相對應(yīng)。并且存在著兩種熱疲勞裂紋擴展方式及失效模式。焊點結(jié)構(gòu)的電阻值在熱疲勞過程中隨著裂紋的萌生及擴展持續(xù)增大。另外，對影響焊點熱疲勞性能的因素研究表明：大焊盤焊點的熱疲勞壽命要長于小焊盤焊點；回流焊溫度較高時，焊點的熱疲勞壽命較短；無鉛釬料焊點具有與錫鉛釬料焊點不同的熱疲勞性能特點。論文工作中還采用有限元方法分析了焊點結(jié)構(gòu)在熱疲勞過程中的非彈性應(yīng)變分布，進而采用

3、Coffin—Manson方法預(yù)測了焊點結(jié)構(gòu)的熱疲勞壽命。研究結(jié)果表明：該方法獲得的熱疲勞壽命值與試驗結(jié)果基本一致。另外，采用有限元方法預(yù)測焊點結(jié)構(gòu)熱疲勞壽命的方法進行研究，還獲得了焊點形狀對其熱疲勞壽命的影響結(jié)果。此外，本論文還采用SEM實時觀測及電阻值測量的方法對焊點結(jié)構(gòu)的機械疲勞性能展開了初步研究。研究結(jié)果表明，焊點在機械疲勞載荷的作用下，裂紋首先在釬料與貼片電阻的接觸界面處，貼片電阻的下角部產(chǎn)生，然后逐漸向釬料內(nèi)部擴展，裂紋長度逐漸增大。在此過程中，焊點結(jié)摘要構(gòu)的電阻值持續(xù)增大。隨著疲勞載荷的減小，焊點結(jié)構(gòu)的疲勞壽命逐漸增大；另外，焊盤的伸出長度較大時，有利于提

4、高焊點的疲勞壽命；錫鉛共晶釬料焊點的抗疲勞性能要優(yōu)于無鉛釬料SAC305焊點。關(guān)鍵詞：表面貼裝技術(shù)焊點結(jié)構(gòu)熱疲勞裂紋有限元方法ⅡAbstractASMTdeviceusedmelectricalcircuitOftencannotworkaSsoonasoneofItSsolderjointsfails．Therefore，themethodtoincrease(orcontr01)theservicelifetimeofthesolderjointsusedinelectricalcircuitisalwaysakeyresearchpointinpractice．A

5、ndtheforbiddanceofPbinelectricalcircuitalsobringsnewchallengeforthestudyofthesolderjoint’Slifetime．Ithasbeenreportedthatthermalfatigueandmechanicalfatigueareboththemaincausestojointfailureoccurringinelectricalcircuit，inwhichthermalfatigueisoftenthemostimportantpart．Thereforethethermalfat

6、iguebehaviorsofsolderjointarestudiedindetailinthispaper，includingthecrackinitiationandpropagationinsolderjointduringthermalfatigue，themethodtopredictandevaluatethethermalfatiguelifetimeofsolderjoint．Atthesametimesomemechanicalfatiguebehaviorsofsolderjointarealsostudied．Firstlythereflowtr

7、eatmentofsolderjointisinvestigated．Thenthethermalfatiguepropertiesofsolderjointsarestudiedindetail，includingtheresistancevaluevariationmeasurementandcrackobservationduringthermalfatiguetest．Itisfoundthatthereexistthreetypicallocationsforcrackinitiationduringthermalfatigue