无铅焊料中孔洞的表征及其对损伤与失效的影响研究

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1、硕士学位论文(学术型)论文题目：无铅焊料中孔洞的表征及其对损伤与失效的影响研究作者姓名：朱玲玲指导教师：刘勇教授、许杨剑副教授学科专业：固体力学所在学院：机械工程学院提交日期2016年4月浙江工业大学硕士学位论文（学术型）无铅焊料中孔洞的表征及其对损伤与失效的影响研究作者姓名：朱玲玲指导教师：刘勇教授许杨剑副教授浙江工业大学机械工程学院2016年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterCharacterizationo

2、fVoidinLead-FreeSolderJointandItsEffectsofVoidonDamageandFailureCandidate:ZhuLinglingAdvisor:LiuYongXuYangjianCollegeofMechanicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2016浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于(请在以下相应方框内打“√

4、”)□保密，在______年解密后适用本授权书。□不保密。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日浙江工业大学硕士学位论文（学术型）无铅焊料中孔洞的表征及其对损伤与失效的影响研究摘要在微电子封装领域，焊点的可靠性问题一直都是广大学者的研究热点。由于不同电子器件材料间热膨胀系数的不匹配，在循环热应力的作用下焊点会产生损伤破坏，如：疲劳损伤与蠕变损伤。这些损伤失效行为是焊点可靠性重点研究内容。而孔洞的存在必然会对焊点的失效行为产生巨大的影响。本文研究了孔洞对无铅焊料力学性能与疲劳寿命的影响。并且，针对焊层中孔洞率的表征问题运用

5、反演分析方法对该模型的孔洞率进行反演辨识。主要工作概括如下：(1)建立了含孔洞的无铅焊料拉伸棒有限元模型，分析了孔洞存在的几个特征对无铅焊料等效弹性模量的影响。根据不同孔洞率下拉伸模型的应力-应变曲线，反演辨识出无铅焊料拉伸棒内的孔洞含量。经过三组反演实例，得到的孔洞含量辨识结果误差较小，证明运用反演法辨识材料内部孔洞问题的可行性。(2)提出了一种单轴拉伸实验与卡尔曼滤波迭代算法(KF)相结合的反演分析法，用于研究铜/焊锡粘接试件中焊层的孔洞含量。同时，提出了一种改进的三线性内聚力模型，用于描述铜/焊锡界面的粘接性能。两组伪实

6、验和四组真实验的反演结果表明，本文所提出的单轴拉伸实验与卡尔曼滤波迭代算法相结合的反演分析法对孔洞率的反演辨识，误差较小，抗噪声能力较强，具备较高的可靠性与准确性。(3)建立了连接界面中带有孔洞的DoubleCantileverBeam(DCB)模型，用于研究孔洞的存在对裂纹扩展和疲劳寿命的影响。运用不可逆内聚力模型，描述焊接界面的疲劳裂纹扩展路径与损伤演化过程。该模型是通过传统内聚力模型结合疲劳损伤的相关理论而建立的。结合上述有限元模型、内聚力模型以及随机孔洞生成数值模型揭示了孔洞存在的位置以及孔洞含量与裂纹扩展、疲劳寿命之

7、间的关系。(4)建立了焊层带孔洞的封装模型，分别从孔洞含量、焊层厚度以及焊锡材料三个方面进行孔洞对封装系统热疲劳寿命的影响分析。分析结果表明：当孔洞含量上升时，焊层的疲劳寿命下降，但随着孔洞含量的持续上升，疲劳寿命的下降速率逐渐减缓；焊层较厚的封装模型，其对孔洞的适应性较高；对比低温纳米银与Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)的抗疲劳能力，前者要强于后者，且低温纳米银对孔洞的适应性要高于SAC305。关键词：孔洞，无铅焊料，内聚力模型，反演分析I浙江工业大学硕士学位论文（学术型）CHARACTERIZATIONOFVO

8、IDSANDTHEIREFFECTSONDAMAGEANDFRACTUREINLEAD-FREESOLDERJOINTABSTRACTInthefieldofmicroelectronicpackaging,thereliabilityofsolderjointhasbeen