无铅微焊点尺寸对其力学性能影响的分析

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1、无铅微焊点尺寸对其力学性能影响的分析吴平峰贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025贵州电子信息职业技术学院贵州凯里556000【文章】伴随着时代的发展，微系统封装技术也朝着更高的水平发展和进步，它的尺寸也更加细小，无铅的钎料连接处包含的晶粒数量是十分有限的。具有有限晶粒数量的微焊点对于基本的力学性能将区别于其它的大尺寸焊点，而且在一定程度上影响着电子封装设备和组装一般产品的安全性。进一步深入探讨无铅微焊点的力学性能和细小的断裂行为，有利于更好地检测电子封装产品的可靠性能。本文重点分析微焊点对力学的性能影响研究，在综合分

2、析的力学性能的前提上，进一步探讨无铅钎料焊点的可靠和安全性能研究，重点关注了微焊点内的晶粒分布和取向的状况，还有研究无铅微焊点里的金属化合物（IMC）具体状态对于不同大小体积的微焊点的力学性能的影响，并系统分析了微焊点在进行一定的处理过程中产生变形行为或者发生裂纹的扩大行为。【关键词】无铅微焊点；力学性能；影响研究0引言自从进入21世纪以后，我国社会和科学迅速发展起来，互联X的普及率也飞速上升，电子产品和其他高科技产品不断地更新换代，一些市面上的电子产品和应用系统朝着微型、轻薄、多功能性能、可靠的方向发展，而且一些电子

3、设备的元件尺寸和封装结构也朝着微型不断发展，这样使得连接的焊点尺寸越来越小，而且使得电子设备的安全性能面临着严重的挑战。研究表明，一般情况来说，当微焊点的体积小于10–12立方米，它的数量级别大概是等于球栅阵列(BGA)实际封装中的直径和高度大小都是为110μm的焊点尺寸，它的力学性能跟一般的体钎料是完全不相同的，因为这种焊点尺寸因发生改变而产生的行为与性能的现象也可以被称为尺寸效应。微焊点一般常常是电子设备产品性能最关键的重要位置，所以微焊点的力学性能和尺寸大小效应已然成为了当今社会电子封装发展的安全可靠性和有效性的

4、重点研究问题。1无铅微焊点对力学的性能影响研究1.1无铅微焊点与材料的关系众所周知，无铅材料的微观组织是其力学性能的基础和重要前提。所以研究材料的变化对微焊点的力学性能影响是值得重视的。例如科学家对已经老化的Sn-37Pb/Au-Ni焊点进行剪切行为的研究，得出相应的结论，那就是已经老化的焊点尺寸减小是因为在其老化的过程中的IMC变平，其钎料变平主要是由IMC实际的接触面积逐渐减小导致的。同时也认为质感脆性的化合物质的厚度对微焊点的结合强度起关键性的重要作用，或者是说老化以后的焊点的强度减小是由于IMC生长和钎料界面变

5、得粗糙而产生的，还有一些研究人员认定化合物的组成部分影响着微焊点，IMC对于钎料和微焊点的力学性能同样会产生较大的影响。1.2各项研究分析对于不同类型的成分结合金和微焊点的组成跟力学性能进行相关的研究，结果得出：在一定程度上，物体基体中的共晶组织的面积比例决定了结合金和焊点的力学性能，还有共晶组织里颗粒的分布情况，如果当材料的晶体含量过于大，容易导致焊点出现严重弱化。对于一般的慢速冷却实验，先解析出来的颗粒产生裂纹，裂缝并且发展到基体上。然而进行快速冷却的实验，在晶体和基体的界面上产生一定的裂纹。对于钎料结合金做关于共

6、振的试验，研究结果得出基体的形态在一表1Amkor进行无铅钎料的微焊点的可靠和安全性能分析所选用的无铅钎料__定程度上严重影响着裂纹产生和振动运动的寿命，裂纹一般是随着针状的边缘进行延展，先被破坏的的大量材料减小了钎料的拉伸强度。例如，在实际研究中，基体里的Ag3Sn与材料的尺寸大小十分相关，并且产生一些的重要影响，老化之后的Ag3Sn的表面出现粗化，然后导致焊点的性能韧度减小。在高温的条件下，共晶组织在实验过程中的Ag3Sn影响就是微焊点的剪切力学性能，所以得出以下结论，那就是基体里的Ag3Sn，特别是在界面上产生的

7、树枝形状Ag3Sn对于FlipChip连接焊点的力学性能起着重要的作用。1.3无铅钎料和连接微焊点的晶粒分布研究无铅钎料料一般大部分都是Sn含量大的材料，然而β-Sn的晶体内部结构一般是内部四方型的结构，具备着典型的方向异性的特征。因为微型系统包装朝着高科技水平发展，连接的尺寸越来越小，如果当尺寸小到一定的程度上，它的接头将有可能出现有限的晶粒，它的微观力学性能跟所阐述的大尺寸微焊点有着明显的差异。根据实验测试微小型的Sn-Ag-Cu微焊点原位切除情况来看，在实际的钎焊剪切实验中，焊接点的非力学性能行为主要依靠焊点的微

8、观内部晶体组织，这些组织有着明确的方向性，因为每一个晶粒相对应的只有一个系统被激活。微焊点有着有限的晶粒个数，而且它的接头尺寸越小的话，所具有的晶粒数量也会相应地减少。在晶粒里，Sn树枝的晶体与周围的共晶组织具有相同晶体的选择。材料的应力状况对晶粒选择不准确，不一样的晶粒选择的焊接点也是有着不同的效率。对材料的偏光和电子散光的分析