表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的熱疲勞性能及機(jī)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(gè)焊點(diǎn)的破壞往往會(huì)造成整個(gè)器件的失效。因此，如何提高和控制焊點(diǎn)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(wèn)題之一。焊點(diǎn)的熱疲勞破壞和機(jī)械疲勞破壞是電子電路中的焊點(diǎn)發(fā)生失效的主要形式，其中焊點(diǎn)熱疲勞破壞所占的比例最大。另外，電子產(chǎn)品的無(wú)鉛化也給焊點(diǎn)的疲勞壽命研究帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。由此，本論文針對(duì)表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的熱疲勞性能和機(jī)械疲勞性能展開(kāi)研究，研究焊點(diǎn)的熱疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展規(guī)律，預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)焊點(diǎn)熱疲勞壽命的方法，并對(duì)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的機(jī)械疲勞性能展開(kāi)初步研究。本文首先對(duì)表面貼裝結(jié)構(gòu)焊點(diǎn)的回流焊過(guò)程展開(kāi)研究，并在此基礎(chǔ)上研究了焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的熱疲勞性能，

2、其中主要研究了焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)在熱疲勞過(guò)程中電阻值及熱疲勞裂紋的變化。研究結(jié)果表明，焊點(diǎn)在熱疲勞過(guò)程中存在著三個(gè)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(duì)應(yīng)。并且存在著兩種熱疲勞裂紋擴(kuò)展方式及失效模式。焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電阻值在熱疲勞過(guò)程中隨著裂紋的萌生及擴(kuò)展持續(xù)增大。另外，對(duì)影響焊點(diǎn)熱疲勞性能的因素研究表明：大焊盤(pán)焊點(diǎn)的熱疲勞壽命要長(zhǎng)于小焊盤(pán)焊點(diǎn)；回流焊溫度較高時(shí)，焊點(diǎn)的熱疲勞壽命較短；無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)具有與錫鉛釬料焊點(diǎn)不同的熱疲勞性能特點(diǎn)。論文工作中還采用有限元方法分析了焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)在熱疲勞過(guò)程中的非彈性應(yīng)變分布，進(jìn)而采用

3、Coffin—Manson方法預(yù)測(cè)了焊點(diǎn)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(yàn)結(jié)果基本一致。另外，采用有限元方法預(yù)測(cè)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)熱疲勞壽命的方法進(jìn)行研究，還獲得了焊點(diǎn)形狀對(duì)其熱疲勞壽命的影響結(jié)果。此外，本論文還采用SEM實(shí)時(shí)觀測(cè)及電阻值測(cè)量的方法對(duì)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的機(jī)械疲勞性能展開(kāi)了初步研究。研究結(jié)果表明，焊點(diǎn)在機(jī)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(kuò)展，裂紋長(zhǎng)度逐漸增大。在此過(guò)程中，焊點(diǎn)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(diǎn)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命逐漸增大；另外，焊盤(pán)的伸出長(zhǎng)度較大時(shí)，有利于提

4、高焊點(diǎn)的疲勞壽命；錫鉛共晶釬料焊點(diǎn)的抗疲勞性能要優(yōu)于無(wú)鉛釬料SAC305焊點(diǎn)。關(guān)鍵詞：表面貼裝技術(shù)焊點(diǎn)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