剪切拉伸和温度循环条件下无铅焊点的电阻应变研究

论文摘要

无铅焊点的可靠性问题是当今电子封装领域的研究热点,无铅焊点可靠性电测方法因具有实时测量、快捷廉价等优点而拥有广阔的发展前景。本文以无铅焊点为研究对象,采用理论、实验以及仿真相结合的方法对剪切蠕变、温度循环条件下焊点的电阻应变特性进行了研究。在剪切蠕变条件下,通过理论公式推导,得到了电阻应变的理论计算公式,从而得到电阻应变的理论曲线,将理论曲线与电阻应变的实验曲线进行比较,发现两者吻合良好,且与经典蠕变曲线变化趋势一致。对不同剪切应力下无铅焊点的电阻应变进行了比较,得出剪切应力越大,电阻应变越大的结论。对八种不同厚度焊点的电阻应变进行比较,发现存在一个最优厚度0.25mm使焊点的电阻应变最小、抗蠕变性能最佳。另一方面,采用有限元仿真的方法,对上述八种不同厚度焊点的蠕变应变进行仿真,同样发现焊点试样在0.25mm时等效蠕变应变最小、抗蠕变性能最佳。通过对不同厚度焊点电阻应变的实验数据及蠕变应变仿真数据的拟合,分别得到了剪切蠕变条件下无铅焊点的电阻应变与焊点厚度之间、蠕变应变与焊点厚度之间的定量关系式。将电阻应变与蠕变应变进行比较,得到了电阻应变与蠕变应变之间的定量关系式。在温度循环条件下,首先对纯温度循环条件下焊点的电阻应变理论公式进行了推导,画出了相应的电阻应变理论曲线,以理论公式为依据,分别讨论了温度循环的升降温速率、温度范围两个因素对电阻应变的影响;接着对温度循环加剪切拉力条件下焊点的电阻应变理论公式进行了推导,得到相应的理论曲线,并将理论曲线分别与实验曲线、纯温度循环条件下焊点的电阻应变曲线进行了比较与分析。最后,对无铅焊点的电阻应变与损伤之间的关系进行了初步研究。通过理论分析得到了电阻应变与损伤之间的定量关系式,将此式与实验数据相结合,得到了相应的损伤曲线,该损伤曲线与文献所述损伤曲线吻合良好,这也验证了电阻应变是一种研究无铅焊点损伤的有效参量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无铅焊料的使用现状和发展趋势
• 1.2 无铅焊点电测方法的提出
• 1.2.1 无铅焊点可靠性研究及可靠性测试
• 1.2.2 无铅焊点可靠性电测方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 方案设计与实现
• 2.1 理论公式的推导
• 2.2 研究方案的设计
• 2.3 仿真软件及其运行环境介绍
• 2.3.1 ANSYS软件与有限元分析
• 2.3.2 软件运行环境
• 2.4 实验测量
• 2.4.1 试样制作
• 2.4.2 实验过程
• 2.4.3 实验数据处理与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 剪切蠕变电阻应变的研究
• 3.1 蠕变及经典蠕变曲线介绍
• 3.2 蠕变电阻应变的理论公式推导
• 3.3 实验结果分析
• 3.4 剪切应力大小对蠕变电阻应变的影响
• 3.4.1 不同剪切应力下的电阻应变理论曲线
• 3.4.2 与实验结果的比较分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 剪切蠕变下无铅焊点厚度的尺寸效应
• 4.1 焊点的微观组织结构及其变化
• 4.2 实验结果分析
• 4.3 有限元仿真
• 4.3.1 几何结构模型的建立
• 4.3.2 确定材料参数及蠕变方程
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 温度循环条件下无铅焊点的电阻应变
• 5.1 纯温度循环条件下焊点的电阻应变
• 5.1.1 理论公式的推导
• 5.1.2 理论曲线的绘制
• 5.1.3 温度循环条件对电阻应变的影响
• 5.2 温度循环加剪切拉力条件下焊点的电阻应变
• 5.2.1 理论曲线的绘制
• 5.2.2 实验曲线及其与理论曲线的比较分析
• 5.2.3 与纯温度循环条件下的电阻应变的比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于电阻应变的无铅焊点损伤测量
• 6.1 损伤理论及损伤测量概述
• 6.1.1 损伤的本质及表现
• 6.1.2 损伤的测量
• 6.2 电阻应变法测量损伤的理论模型的建立
• 6.3 剪切蠕变损伤分析
• 6.3.1 基于电阻应变测量法的蠕变损伤
• 6.3.2 与经典蠕变损伤的比较
• 6.4 疲劳损伤分析
• 6.4.1 基于电阻应变测量法的疲劳损伤
• 6.4.2 与他人研究结果的比较
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果