微电子组装焊点可靠性及其铅污染问题的研究

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1、哈尔滨理工大学工学硕士学位论文微电子组装焊点可靠性及其铅污染问题的研究摘要随着电子工业的飞速发展，电子器件的集成度越来越高。高性能、大功率、小型化的电子产品在市场中的需求越来越大，功率更大尺寸更小的平面阵列封装使元件单位面积的发热量急剧增大，组装焊点在高温情况下服役的可靠性面临更加严峻的考验。同时随着环保意识的深入，电子工业的无铅化已是大势所趋，在这个从有铅向无铅化转变的过渡时期，无铅焊料的铅污染也给电子封装技术带来了新问题。本文采用MARC有限元分析软件，根据实际塑封球栅阵列器件组装体系的形状、尺寸建立三维有限元模型，采用非线性分析

2、的蠕变分析子程序定义焊点材料的特性，模拟温度循环下组装焊点阵列的蠕变应变分布、等效应力和局部变形情况，结合应力和变形等因素分析了造成蠕变分布集中的原因，根据器件实际情况提出改进蠕变应变集中的优化方案；比较了Sn．3．gAg．0．7Cu和63Sn．37Pb两种焊点在在温度循环中产生的蠕变应变，计算了两种焊点的剪切蠕变应变和剪切应力，结合寿命预测公式预测了两种钎料形成焊点的低周疲劳寿命，评价了两种焊点在温度循环下表现的可靠性。三维模型的建立和材料非线性的定义提高了分析的准确性。本研究对元器件的设计和材料选取有指导意义。采用高频感应加热的方

3、式熔炼钎料，在Sn．3．SAg．0．7Cu无铅焊料加入不同量的63Sn．37Pb焊料，熔炼成被Pb污染的无铅焊料合金，测定了不同污染程度的焊料合金的熔点变化，得到了铅污染对无铅焊料熔点的影响规律。使用程控表面贴装焊机制备了铅污染无铅焊点，并在不同温度下对其进行时效，测定了焊点组织的显微硬度，比较了铅污染焊点硬度值、显微组织及界面的变化，得到了铅污染对无铅焊点的硬度和组织的影响。关键词电子组装；焊点；可靠性；铅污染望垒堡垩三銮兰三兰矍圭茎堡鎏三THERESEARCHoNRELIABILITYANDPBCoNTAMINATIoNoFMIC

4、RoELECTRoNICASSEMBLYSOLDERJoINTSAbstractWiththedevelopmentofelectronicindustry,theintegratedlevelhasbecomehigherandhigher．Thedemandforhigherperformance，higherpower,smalleroutlinedevicesareinprogressing．Andthehigherpowerwithsmalleroutlinedevicegenerateslargerheatinunitar

5、ea．Sothereliabilityofassemblingjointsunderhi曲temperaturehasbecomeabigproblem．Andastheenvironmentprotectionideasbecomemoreprofoundaroundtheworld，thePbeliminationisconsideredtobethegeneraltrends．InthisspecialperiodoftimeforthetransitionfromPbtoPb-free．thePbcontaminationof

6、Pb—freesolderjointshasbecomeanewproblemfortheelectronicassembling．MARCfiniteelementanalysissoftwareWasusedinthisPa口既The3DmodelWasestablishedaccordingtothegeometricpropertyofallactualplasticballgridarraypackageassemblingsystem．111ematerialpropertyofthesolderiointswasdefi

7、nedwithnon—linearmaterialusersubroutineofsteadyereep．Thecreepstrain,equivalentstress，regionaldeformationofsolderjointsarrayundertemperaturecyclingWassimulated．AndthereasonofcreepstraindistributionWasfoundwiththeanalysisofstressanddeformation．Theoptimizationmethodstoprev

8、entcreepfailureswerepresented．Thecreepsituationsoftwokindsofsolderjoints，Sn-3．SAg-0．7Cuand63Sn-37Pb，werecompar