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焊料微结构演化相场模拟研究和试验验证

强度与环境 2024年第3期51卷 1-11页

作者：刘新汪长炜韩康宁朱亚新邢睿思侯传涛华中科技大学航空航天学院武汉430074 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 清华大学航天航空学院北京100084

电子封装焊料复杂的微结构特征与其宏观强度、硬度、蠕变和疲劳等性能密不可分,这些特征决定了焊料在承受热-力复杂载荷时的服役性能。为了深入揭示焊料的高温蠕变疲劳机理,必须紧密结合其独特的多尺度微结构特征,对焊料内复杂微结构的... 详细信息

电子封装焊料复杂的微结构特征与其宏观强度、硬度、蠕变和疲劳等性能密不可分,这些特征决定了焊料在承受热-力复杂载荷时的服役性能。为了深入揭示焊料的高温蠕变疲劳机理,必须紧密结合其独特的多尺度微结构特征,对焊料内复杂微结构的演化进行深入研究。本文构建了考虑热-力耦合作用下snpb焊料的相场模型,并通过微结构表征试验及图像处理技术提取了焊料内部真实的微结构分布,将其作为相场模型的初始构型来模拟不同工况下snpb焊料内部微结构的演化行为,并揭示了焊料内部微结构演化机制。最终,基于相场法的模拟结果和试验表征技术描述了焊料内部微结构与温度之间的定量关系,为建立具有物理机理的热-力复杂载荷下snpb焊料宏观有限元本构模型提供了理论支持。

关键词：相场法 snpb焊料微结构演化热处理

Ag3Sn纳米粒子改性的snpb电沉积微凸点与互连接头制备

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Ag3Sn纳米粒子改性的SnPb电沉积微凸点与互连接头制备

中国材料大会2022-2023

作者：常佳慧赵修臣北京理工大学材料学院

电沉积工艺是制备军用高性能器件微凸点的一种主要技术手段。本文在带有铜柱的哑芯片上采用超声辅助电沉积工艺制备了添加AgSn纳米颗粒的高Pb焊料微凸点,并研究了其互连性能。研究发现snpb属于正则共沉积,在氟硼酸盐镀液中Sn的电极电位... 详细信息

电沉积工艺是制备军用高性能器件微凸点的一种主要技术手段。本文在带有铜柱的哑芯片上采用超声辅助电沉积工艺制备了添加AgSn纳米颗粒的高Pb焊料微凸点,并研究了其互连性能。研究发现snpb属于正则共沉积,在氟硼酸盐镀液中Sn的电极电位比Pb略正,在T=20℃挂镀条件下,Sn离子浓度增大、HBF浓度增大、电流密度减小均有利于镀层中Sn含量提高。在超声条件下沉积添加AgSn纳米颗粒的Nano AgSn-snpb复合镀层,AgSn纳米颗粒在镀层与铜柱界面处富集,并且使镀层组织细化。采用倒装焊工艺制备互连接头,回流后蘑菇状微凸点焊料高度大于柱状微凸点,对微凸点共面性差异的容忍度更高,可焊性更好。蘑菇状凸点与铜柱的互连界面为层状IMC,柱状凸点的界面IMC过度生长,熟化形成球状并且进入焊料中。

关键词： snpb焊料纳米复合电镀 Ag3Sn纳米颗粒

来源： cnki会议评论

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智能电表中电阻的电化学迁移失效机理研究

电子元件与材料 2020年第10期39卷 105-110页

作者：黄友朋路韬党三磊张捷赵闻广东电网有限责任公司计量中心广东广州510062

为了提高智能电表的可靠性,通过机械开封、离子色谱表征和截面分析等综合方法对基于电阻电化学迁移的失效机理进行了研究。结果表明,电阻短路故障机理是智能电表外场故障的主要形式,其源于金属电化学迁移。氯离子、助焊剂残留和包装膜... 详细信息

为了提高智能电表的可靠性,通过机械开封、离子色谱表征和截面分析等综合方法对基于电阻电化学迁移的失效机理进行了研究。结果表明,电阻短路故障机理是智能电表外场故障的主要形式,其源于金属电化学迁移。氯离子、助焊剂残留和包装膜分层的综合作用会加剧金属电化学迁移过程。此外,失效复现实验证实氯离子显著加速了电阻的电化学迁移。基于以上结果,提出了相应的优化保护方法以抑制电化学迁移。

关键词：智能电表电化学迁移失效机理可靠性 snpb焊料

引线框架材料对铜合金与锡铅焊料界面组织的影响

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电子元件与材料 2003年第4期22卷 33-35,45页

作者：黄福祥马莒生朱继满宁洪龙铃木洋夫耿志挺陈国海清华大学材料科学与工程系北京100084

采用老化试验、金相分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDX)等手段对引线框架铜合金与snpb共晶焊料界面组织进行了分析研究.结果表明,引线框架材料对铜合金与snpb共晶焊料界面组织有很大的影响,焊点在160℃高温老化300 h后,CuCrZr系合金和C... 详细信息

采用老化试验、金相分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDX)等手段对引线框架铜合金与snpb共晶焊料界面组织进行了分析研究.结果表明,引线框架材料对铜合金与snpb共晶焊料界面组织有很大的影响,焊点在160℃高温老化300 h后,CuCrZr系合金和CuNiSi合金与snpb的界面金属间化合物为Cu6Sn5,其厚度在5~10 ?m; 而C194合金与snpb的界面金属间化合物为分布有Pb颗粒的Cu6Sn5,厚度已高达60~70 ?m,同时还发现有微小空洞存在,影响焊点的可靠性.与C194合金相比,CuCrZr系合金和CuNiSi合金具有更好的焊接可靠性.

关键词：引线框架材料铜合金 snpb焊料金属间化合物可靠性

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电子封装snpbAg焊层热循环可靠性研究

电子封装SnPbAg焊层热循环可靠性研究

作者：张胜红中国科学院上海冶金研究所

学位级别：硕士

集成电路设计和工艺的飞速发展，以及它在整个社会和工程领域内的广泛应用，使集成电路的封装技术的重要性越来越大。集成电路封装的发展方向是高密度、低成本和高可靠性。随着汽车电子的发展和应用，汽车电子中的功... 详细信息

集成电路设计和工艺的飞速发展，以及它在整个社会和工程领域内的广泛应用，使集成电路的封装技术的重要性越来越大。集成电路封装的发展方向是高密度、低成本和高可靠性。随着汽车电子的发展和应用，汽车电子中的功率模块封装的可靠性也已成为研究的一个重要方向。兼顾成本和可靠性的因素，用snpb焊料作为功率集成电路芯片与（散热）基板的大面积焊区连接己得到实际的应用。目前国内外对这种芯片贴装的工艺，从不同方面都进行过研究。但大面积焊区中裂缝传播的实验研究和什算机模拟在国内外文献中均尚未见报导。 snpb焊料由于其特有的性能，广泛用于集成电路的封装工艺中。snpb焊料不仅可以作为机械的连接，还可以起到电连接和散热的作用。由于芯片与衬底的热膨胀系数的不同，在器件工作和开断时，由热失配产生的应力应变将主要由焊点承担。本文对92．5Pb5Sn2．5Ag焊料合金在功率循环和温度循环下的可靠性和焊层内的裂纹扩展现象进行了研究。应用超声波显微镜对裂纹的生长过程进行检测，得到了热循环失效的裂纹扩展数据。采用统一型粘塑性Anand 方程描速了92．5Pb5Sn2．5Ag焊料的力学本构。利用有限元方法，对芯片贴装DCB 基板功率模块进行了三维和预置裂纹二维的有限元模拟。本文研究主要得到以下结果： l．对功率芯片贴装DCB基板模块的热循环买验表明:92．5Pb5Sn2．5Ag焊点内产生裂纹并且随着热循环实验的进行由边缘向内部扩展。裂纹扩展速率随热循环的进行逐渐减小。温度循环下的裂纹生长速率较功率循环下的裂纹生长速率要大。 2．应用超声波显微镜CSAM（C－mode Scanning Acoustic Microscope）对 92．5Pb5Sn2．5Ag焊层的裂纹扩展进行检测。研究证明这是一种有效的无损检测方法，能够检测得到裂纹扩展的结果。研究还利用CSAM检测得到的超声图像得到了 92．5Pb5Sn2．5Ag焊层裂纹生长速率的数据。 3．采用基于单一内变量亦即形变阻抗的统一型粘塑性Anand本构方程，描速了电子封装snpb 钎料的粘塑性变形行为。确定了92．5Pb5Sn2．5Ag钎料的粘塑性本构模型。92．5Pb5Sn2．5Ag钎料的粘塑性 Anand方程可用于热循环下的 l — — 有限元分析。 4．用有限元方法模拟了三维功率芯片贴装DCB基板模块在热循环条件下的应力应变过程。描述了92．5的5h2．5＊焊层在热循环下的应力应变响应。结果表明，应力应变在焊层的边缘较高，高温保温和低温保温阶段对焊点的非弹性应变范围贡献不大。来用等效塑性应变增量Ae4，提出了一种苗述snpb 合金热循环裂纹扩展速率的经验方程。DCB基板snpb焊层的裂纹扩展速率随裂纹长度的增加而减小。 5．研究还用有限元方法摸拟了预置裂纹二维模型中裂纹的扩展，对二维裂绞体的裂绞尖端进行了描述。基于断裂力学方法，求解了f积分。结果表明， f可以用来作为snpb热循环裂纹扩展的力学表征参量。

关键词：封装工艺 snpb焊料焊料合金裂纹扩展有限元模拟