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含有限晶粒微小无铅焊点的力学行为

2020-12-06阅读(689)

含有限晶粒微小无铅焊点的力学行为

论文摘要

微系统封装也不断向更高密度发展,微互连尺寸愈加细小,钎料接头内所含晶粒数量将是有限的。含有限晶粒微小焊点的力学性能可能有别于大尺寸焊点,并且成为影响电子封装和组装产品可靠性的关键因素。深入研究微小无铅焊点的力学性质和微观断裂行为对于更好地预测电子封装产品的可靠性具有重要意义。本文针对不同体积Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料/Cu焊盘微焊点,在进行综合的力学性能测试和显微组织分析的基础上,考察了焊点内有限晶粒分布和取向关系,以及微焊点中金属间化合物（Intellmetallic Compound, IMC）形态对不同体积的微焊点力学行为的影响,并阐述了微焊点在剪切过程中的变形行为和裂纹扩展行为。研究结果表明:微焊点力学性能的体积效应显著,重熔及老化条件下微焊点的剪切强度随焊点体积的减小而增大,断裂模式也存在显著差异。而基体内IMC形态是影响各体积Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点的力学性质根本性因素。重熔条件下,随着微焊点体积的减小,IMC形态变化显著,Ag3Sn化合物形态由树枝网状或羽毛状转变为细小颗粒状;老化后均粗化为颗粒状。各体积微焊点中Sn基体所含的晶粒数量一般均在14个之间,Sn基体中各晶粒的c轴（[001]方向）倾向于与基板平行的方向生长,Sn基体所含有限晶粒的数量、取向和分布也影响着各体积Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点的力学行为。在剪切过程中塑性变形主要以滑移（或双滑移）和形成形变带两种方式进行;同时,塑性变形过程中各体积微焊点均发生了明显的动态回复,形成回复亚晶,而裂纹扩展一般以穿晶形式进行。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题意义
  • 1.2 钎料合金及互连焊点的力学行为研究现状
  • 1.2.1 微互连焊点的剪切力学行为
  • 1.2.2 钎料合金及焊点的拉伸力学行为
  • 1.2.3 疲劳行为研究
  • 1.2.4 纳米压痕性能测试与蠕变
  • 1.3 微观组织对互连焊点力学行为的影响研究
  • 1.4 无铅钎料及互连焊点的有限晶粒分布及取向研究
  • 1.5 本文的主要研究内容
  • 第2章 材料及试验方法
  • 2.1 试验过程概述
  • 2.2 材料及焊点制备
  • 2.3 试验方法
  • 2.3.1 老化试验
  • 2.3.2 热循环试验
  • 2.3.3 剪切力学测试
  • 2.3.4 SEM 分析
  • 2.3.5 纳米压痕测试
  • 2.3.6 EBSD 及PLM 分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 SAC/Cu 微焊点的力学性能与失效分析
  • 3.1 SAC/Cu 微焊点的剪切力学性能
  • 3.1.1 热风重熔SAC/Cu 微焊点的剪切性能
  • 3.1.2 老化后SAC/Cu 微焊点的剪切性能
  • 3.2 SAC/Cu 微焊点的剪切失效分析
  • 3.2.1 热风重熔SAC/Cu 微焊点的失效行为
  • 3.2.2 老化后SAC/Cu 微焊点的失效行为
  • 3.3 SAC/Cu 微焊点的热疲劳行为
  • 3.3.1 热循环后SAC/Cu 微焊点的微观组织
  • 3.3.2 热循环后SAC/Cu 微焊点的剪切性能
  • 3.4 不同体积SAC/Cu 微焊点的力-位移曲线关系
  • 3.5 SAC/Cu 微焊点纳米压痕的力学行为
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 Sn 基体中有限晶粒的分布与取向
  • 4.1 不同体积SAC/Cu 微焊点的微观组织分析
  • 4.1.1 重熔条件下SAC/Cu 微焊点的微观组织
  • 4.1.2 老化条件下SAC/Cu 微焊点的微观组织
  • 4.2 不同体积SAC/Cu 微焊点中Sn 基体的晶粒数量与分布
  • 4.2.1 重熔条件下不同体积微焊点Sn 基体的晶粒分布
  • 4.2.2 老化及热循环后不同体积微焊点Sn 基体的晶粒分布
  • 4.3 SAC/Cu 微焊点中Sn 基体所含晶粒的取向关系
  • 4.3.1 不同体积微焊点所含Sn 晶粒的取向
  • 4.3.2 不同体积微焊点所含Sn 晶粒的取向关系
  • 4.3.3 Sn 基体的晶界与亚晶界
  • 4.4 Sn 基体含有限晶粒对微焊点力学行为的影响
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 IMC 形态及微焊点变形行为观察
  • 5.1 不同体积SAC/Cu 微焊点的IMC 形态及其演变
  • 5.1.1 重熔及老化条件下界面IMC 形态演变及其演变
  • 5.1.2 重熔及老化条件下基体内IMC 形态及其演变
  • 5.1.3 热循环过程中微焊点中IMC 形态演变
  • 5.2 IMC 形态及分布对微焊点剪切断裂行为的影响
  • 5.2.1 界面IMC 的影响
  • 5.2.2 基体内IMC 的影响
  • 5.3 SAC/Cu 微焊点塑性变形与裂纹扩展行为
  • 5.3.1 热风重熔微焊点的塑性变形与裂纹扩展
  • 5.3.2 固相老化后微焊点的塑性变形与裂纹扩展
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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