snagcure无铅钎料的微观力学行为研究

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1、摘要微电子封装中，无铅钎料的力学性能已成为影响互连接头可靠性的关键因素。近年来，向工业用SrtAgCu钎料中添加少量稀土(RE)元素被证实能够显著提高材料的力学性能，并具有较高的经济价值。因此，深入理解SnAgCuRE钎料的微观变形与断裂行为对于更好地改善封装接头可靠性及进行寿命预测工作具有重要意义。本文对Sn3．SA90．7cu0．05RE无铅钎料在三种不同加载条件下的微观行为进行了研究，在综合的力学性能测试和显微组织分析的基础上，考察了钎料在微米尺度上的动态变形和断裂机制，分析了稀土元素在钎料动态微观行为中的增强作用。在单调拉伸应力作用下，Sn3．8AgO

2、．7Cu0．05RE合金所表现出的晶内塑变与穿晶断裂机制，是其与Sn3．SA90．7Cu合金相比力学性能提高的主要原因。稀士元素在合金变形中阻止了共晶相内微裂纹的扩展，抑制了晶粒边界的滑移行为，改善了各相间的应力分布状况，最终提高了合金强度与塑性。在循环应力作用下，Sn3．SA90．7Cu0．05RE接头通过降低稳态变形阶段的蠕变疲劳变形速率，使其蠕变疲劳寿命明显提高。稀土元素在接头变形中降低了界面层组织厚度，改变了裂纹在界面的扩展路径，减少了接头钎料部分的蠕变疲劳损伤，因而增加了接头的抗蠕变疲劳性能。对跌落冲击损伤的Sn3．8A90．7Cu0．05RE合金试

3、样进行单调拉伸性能测试后发现，冲击损伤带引发了严重的局部应力集中，导致损伤带内微缺陷的快速生长和合金的不完全塑性变形，最终使得合金拉伸强度比正常试样下降了60％以上，合金塑性下降了50％以上。稀土元素在单调拉伸变形中未能阻止冲击损伤对合金拉伸强度和塑性的影响。关键词无铅钎料；SnAgCm稀土元素；力学性能；变形机制；ABS下RACTABSTRACTThereliabilityofelectronicpackagingdepends011themechanicalpropertiesof1cad·freesoldersintheelectronicsindust

4、ry．Recently,ithasbeenfoundthataddingasmallamountofrareealmtl(RE)elementscanremarkablyenhancethemechanicalpropertiesoftheSnAgCusolder,whichhasagreatcommercialvalueandiswidelyexpectedbytheindustry．Itisimportantfortheuseofthematerialtounderstandthedeformationandfracturebehaviorofthesol

5、derandtopredictthereliabilityofthesolderjoint．Therefore，thispaperinvestigatesthedeformationandfracturebehavioroftheSn3．8A90．7Cu0．05REsolderalloysandjointsunderdifferentloadingconditionsexperimentally．Basedonthemechanicalpropertiestestingandthemicrostructuralanalysis，thedynamicdeform

6、ationandfracturemechanismofthelead—freesolderisstudiedandthestrengtheningeffectsoftheREelementsinthissolderareevaluated．Underthemonotonictensilestress，thedeformationandfracturemechanismoftheSn3．8A90．7Cu0．05REsolderalloyisdominatedbytheplasticdeformationinsidethegrainsandthetransgran

7、ularfracture，whichleadstotheincreaseofthemechanicalpropertiesofthealloycomparedwitlltheSn3．8A90．7Cualloy．Theincreaseinthemechanicalpropertiesisattributedtotheconstraintsofmicrocrackgrowthandgrainboundaryslidingintheeutecticphaseaswellastherelaxationofstressconcentrationinthe13-Snpha

8、seduetotheadditiono