循环拉伸载荷下无铅焊点损伤失效的研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要摘要电子产品越来越趋向小型化、轻型化和高性能化，在运输和应用过程中遭受振动和的问题日渐突出。电子器件的失效中70％是由封装的失效引起，而在电子封装失效中，焊点的失效是主要原因。而循环拉伸能很好的模拟实际的振动，因此，研究循环拉伸载荷下焊点的可靠性是很有必要的。本文采用在线微电阻测量的方法，在循环拉伸载荷作用下对Sn．3．5Ag焊点的损伤失效进行了系统的研究。本文所做的主要工作和研究如下：1．在研究焊点机械损伤与焊点电学特性的基础上，建立了焊点的机械损伤与焊点电阻的联系，使得通过采用测电阻的方法测量焊点的机械损伤成为可能。2．设计并实现了循环拉伸载荷下

2、在线测量焊点损伤失效的试验系统。为了提高微电阻测试仪的测量精度采用了两个有效措施：1)在四线法的基础上结合反向电流法进行测量，减小或消除了热电动势的影响。2)硬件电路上采用了高共模抑制比和高串模抑制比的高精度运放和二阶无限增益多路反馈低通滤波电路；在软件数据处理上，先用分布图法消除疏失误差获得有效数据区，然后再对有效数据区进行算术平均以减小随机误差获得最佳估计值。3．结合试验数据分析并阐述了循环拉伸载荷下无铅焊点损伤失效的两个阶段即主裂纹形成并缓慢扩展阶段、主裂纹明显加速扩展直至瞬时断裂阶段，进一步揭示了循环拉伸载荷下无铅焊点损伤失效的过程。4．探讨了循环拉伸载荷下Sn-3

3、．5Ag焊点损伤演化的过程。发现循环拉伸载荷下利用测量电阻的方法检测到的焊点损伤变量与利用传统金属的损伤演化方程估算得到的损伤变量变化趋势一致，表明用于传统金属或合金大试样的拉．拉疲劳试验的损伤演化方程适用于循环拉伸载荷下Sn3．5Ag焊点。在0．1～20Hz范围内，随着循环频率的升高，拟合参数A的总体趋势是先增大后减小。表明循环拉伸载荷下Sn3．5Ag焊点的损伤演化过程与循环频率有关。5．探讨了循环拉伸载荷下频率影响Sn-3．5Ag焊点损伤失效的机理。在0．1～20nz范围内，在5Hz和10Hz频率下焊点寿命较短。随着循环频率的升高，焊点缓慢扩展阶段的实际损伤率和单次循环

4、下焊点的未恢复形变量都是先增大后减小。表明循环载荷下未恢复形变量在频率对Sn．3．5Ag焊点损伤失效影响中起着重要的作用。关键字Sn．3．5Ag焊点，四线法，反向电流法，循环拉伸，机械损伤中南大学硕士学位论文摘要ABSTRACTTheelectronicproductionstendtowardtheminiaturization，lessweighandhigherperformance．Theproblemthattheelectronicproductionsareinevitabletovibrateorimpactwhenwetransportandusethem

5、，hasbecomeincreasinglyprominent．70％ofabatementofelectronicdevicehasresultedfromtheelectronicpackaging，inwhichthesolderjointfailureisthemainreason．CyclicstretchandimpactCansimulatepracticalvibrationandimpactwell．Soitisnecessarytostudylead-freesolderjoint’Sreliabilityundercyclicstretchandimp

6、act．ThedissertationperformssystemicstudyonSn一3．5Agsolderjoint’Sdamagefailureundercyclicstretchandimpact，byonlinemonitoringmicroresistance．Mainworkandconclusions：1．Basedonsolderjoint’SmechanicdamageandElectricalCharacteristics，therelationshipbetweensolderjoint’SmechanicdamageandresistanceWa

7、sestablishedtomakeitfeasibletodetectsolderjoint’Smechanicdamagebymeasuringresistance．2．Experimentationsystemusedforonlinemonitoringsolderjoint’SmechanicdamageundercyclicstretchandimpactWaSdesignedandcarriedout．Toimprovetheprecisionofmicroresistancemeasuringdev