半导体激光对SOP与CR焊点力学性能影响的研究

论文摘要

利用半导体激光软钎焊系统（LY-FCDL-WS90）,采用Sn-Pb焊膏和Sn-Ag-Cu无铅焊膏,以纯铜板作为润湿、铺展试验的母材,研究了激光输出电流、加热时间、占空比对两种焊膏在纯铜板上润湿、铺展性的影响规律,借助扫描电子显微镜,对不同加热参数下得到的焊点形貌进行了分析。结果表明:采用半导体激光钎焊时,存在一个最佳激光输出电流值,不同激光加热时间对焊点显微组织和钎缝与基体之间的界面组织有显著影响,低频率下占空比对钎料的润湿性无显著影响。分别采用半导体激光焊与红外再流焊对SOP（Small Outline Package）器件进行了钎焊试验,利用微焊点强度测试仪对SOP焊点进行了抗拉强度的测试,研究了两种钎焊方法对SOP焊点力学性能的影响规律,借助扫描电子显微镜对焊点断口形貌进行了分析。研究结果表明:激光焊接速度影响SOP元器件焊点的抗拉强度,但Sn-Pb焊膏焊点的力学性能对焊接速度的敏感度远低于Sn-Ag-Cu焊膏焊点的力学性能。激光焊接存在着一个最佳焊接速度,激光焊接速度相对较慢时,焊点断口为微孔聚合型断裂,激光焊接速度加快时,焊点断裂的方式逐渐转变为韧窝型断裂、解理型断裂。激光光束的占空比对CR（Chip Resistors）焊点力学性能有显著影响,研究结果表明:采用脉冲激光加热,在低频率条件下,占空比为0.1时,CR焊点力学性能最佳,抗剪强度比连续激光可提高50%。断口SEM照片及能谱分析结果表明:占空比为0.1时,断口部分区域形貌为韧窝群,部分区域形貌为短而不连续的撕裂棱,断面略有起伏,断口兼有韧窝型断裂和准解理断裂;激光输出占空比为0.5时,断口的形貌的大部分区域界面比较光滑,且有空洞,属于脆性断裂。利用ANSYS软件模拟了在激光软钎焊过程中激光加热的非稳态条件下温度场对钎料铺展润湿的影响,模拟结果表明:随着加热时间的增加其等温线的宽度逐渐加宽,钎料铺展面积增加。加热时间达到0.9s时,加热区温度很快升高,加热时间达到1.5s后,温度趋于稳定。由此说明,激光软钎焊过程中,温度场变化对激光输出功率的变化非常敏感,激光输出功率的少量增加,就会引起加热区温度较大幅度的升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 表面组装技术的发展
• 1.2.1 表面组装的定义
• 1.2.2 表面组装技术封装形式
• 2气体激光和YAG激光激光软钎焊的发展现状'>1.3 CO₂气体激光和YAG激光激光软钎焊的发展现状
• 1.3.1 激光软钎焊的原理
• 2气体激光和YAG固体激光软钎焊系统的特点'>1.3.2 CO₂气体激光和YAG固体激光软钎焊系统的特点
• 1.4 半导体激光器的特点
• 1.4.1 半导体激光器的发展历史
• 1.4.2 半导体激光器的应用
• 1.4.3 半导体激光激光软钎焊的发展现状
• 1.5 激光软钎焊存在的问题及发展趋势
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 第二章 半导体激光参数对不同钎料润湿铺展性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验原理
• 2.3 钎料的润湿机理
• 2.4 润湿性能的测试方法
• 2.5 激光润湿铺展试验
• 2.5.1 试验材料与设备
• 2.5.2 不同激光输出功率对钎料的润湿试验研究
• 2.5.3 不同激光加热时间对钎料的润湿性影响试验
• 2.5.4 不同激光占空比对Sn96A93.5Cu0.5钎料的润湿性影响试验
• 2.6 试验的结果与分析
• 2.6.1 不同功率的激光对钎料润湿性影响规律的结果与分析
• 2.6.2 激光加热时间对钎料的润湿性影响结果与分析
• 2.6.3 不同占空比对Sn96A93.5Cu0.5钎料的润湿性影响结果与分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 半导体激光参数对SOP焊点抗拉强度影响规律的研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验条件
• 3.2.1 试验的原理与方法
• 3.2.2 试验材料及设备
• 3.3 试验步骤
• 3.3.1 激光参数的设定
• 3.3.2 六轴工作台参数设定
• 3.3.3 强度测试试验步骤
• 3.4 SOP焊点抗拉强度结果与分析
• 3.4.1 测试结果与分析
• 3.4.2 断口显微组织分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 半导体激光参数对CR 抗剪强度影响规律的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验条件
• 4.2.1 试验原理
• 4.2.2 试验标准
• 4.2.3 试验材料及设备
• 4.3 试验方法及步骤
• 4.3.1 激光工艺参数设定
• 4.3.2 抗剪强度试验步骤
• 4.4 贴片电阻焊点试验结果与分析
• 4.4.1 测试结果与分析
• 4.4.2 断口显微组织分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 激光软钎焊温度场的有限元模拟
• 5.1 引言
• 5.2 基本理论
• 5.2.1 热传导
• 5.2.2 温度场有限单元法基础
• 5.2.3 热应力场有限单元法基础
• 5.3 模型的建立
• 5.3.1 定义单元类型
• 5.3.2 定义钎料属性
• 5.3.3 实体模型建立及网格划分
• 5.4 参数的设定与加载
• 5.5 计算结果分析
• 5.5.1 激光加热时间变化对焊点表面温度场的影响
• 5.5.2 激光功率变化对焊点表面温度场的影响
• 5.5.3 计算结果试验验证
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文