热循环与老化条件下焊点晶体取向和微观组织演变研究

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1、国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文热循环与老化条件下焊点晶体取向和微观组织演变研究硕士研究生：祝郡璋导师：陈宏涛副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringSTUDYONGRAINORIENTATIONANDMICROSTRUCTU

2、REOFSOLDERJOINTSUNDERAGINGANDTHERMALCYCLINGCandidate：ZhuJunzhangSupervisor：AssociateProf.ChenHongtaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：ShenZhenGraduatedSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：

3、HarbinInstituteofTechnology摘要摘要产品与组件的可靠性一直是电子工业领域最受关注的问题之一。随着封装密度的提高，钎料的体积越来越小，一个焊点可能由一个至几个晶粒组成，晶粒的取向不同，会表现出明显的各向异性，这种差异性的存在就会导致不同的晶粒数目以及不同的晶体取向对焊点的可靠性产生重要影响。本文采用Sn-3.5Ag和Sn-1.0Ag-0.5Cu两种钎料，以及实际的BGA器件作为实验材料，分别对它们进行热循环和老化实验，对焊点的晶体取向及显微组织变化进行原位观察。通过对Sn-3.5Ag钎料搭接结构的

4、焊点进行0℃到100℃的原位观察发现，不同晶体取向的焊点会发生不同程度的再结晶，晶体取向相同或者相近的焊点表现出相近的可靠性，焊点在特定应力的作用下，晶体取向的改变有一定的规律性，通过对晶体取向演变机理的研究发现，晶体在滑移时，外力将发生错动，产生一个力偶，迫使滑移面向拉伸轴平行方向转动，同时晶体还会以滑移面的法线为转动轴，使滑移方向趋于最大切应力方向，这就导致变形过程中原子之间的相对位置发生了改变，从而表现出焊点晶体取向的变化。通过对大量焊点的可靠性进行评估，从统计学规律来看，单晶焊点的可靠性要比多晶焊点的可靠性更高一

5、些，多晶焊点中又分为两种主要的结构，其中，普通多晶结构的焊点，可靠性相对较差，晶粒交织结构的焊点，可靠性相对较高，不同晶体取向的单晶焊点，它们的显微硬度有较大差异，最大可相差27.9%。本文对比了Sn-3.5Ag和Sn-1.0Ag-0.5Cu两种钎料在不同温度（85℃和150℃）条件下，不同老化天数下，焊点内部显微组织的原位观察图像，发现在老化条件下，Ag3Sn颗粒会发生粗化现象，温度越高，粗化的速度越快，无论在85℃还是150℃下，Sn-1.0Ag-0.5Cu钎料中的Ag3Sn颗粒粗化速度要比Sn-3.5Ag钎料的快，

6、Ag3Sn颗粒粗化的机理是两个相邻颗粒的吞并长大以及由于原子扩散引起的大颗粒逐渐长大，小颗粒逐渐消失。通过焊点的晶体取向图与微观组织图的对比，发现老化后，晶界处的金属间化合物（IMC）颗粒更容易聚集生长，再结晶区域容易产生IMC颗粒的粗化，导致焊点局部性能下降。关键字：晶体取向；可靠性；再结晶；金属间化合物（IMC）-I-AbstractAbstractThereliabilityoftheproductsandcomponentshasbeenoneoftheproblemswithmostconcernintheel

7、ectronicindustry.Astheimprovementofpackingdensity,thevolumeofsoldersbecomesmallerandsmallerandtherewillbeoneorseveralgrainsinasolderjoint.Butthegrainorientationsaredifferent,whichwillshowobviousanisotropythatgivesrisetothedifferenceofreliabilitybetweenthesolderjo

8、intsduetothedifferentgrainnumbersanddifferentgrainorientations.Sn-3.5Ag,Sn-1.0Ag-0.5CusolderballsandthepracticalBGAdevicesareusedastheexperimentalmaterialsandt