热迁移作用下无铅微焊点的蠕变性能研究与数值模拟

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1、工程硕士学位论文热迁移作用下无铅微焊点的蠕变性能研究与数值模拟作者姓名马丝工程领域材料工程校内指导教师卫国强副教授校外指导教师罗时中高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年1月Researchandnumericalsimulationoncreeppropertiesofleadfreemicro-jointsunderthermomigrationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：MaSiSupervisor：Assoc.Prof.

2、WeiGuoqiangSeniorEngineerLuoShizhongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG425学校代号：10561学号：201521002836华南理工大学硕士学位论文热迁移作用下无铅微焊点的蠕变性能研究与数值模拟作者姓名：马丝指导教师姓名、职称：卫国强副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：材料制备、成形及计算机应用论文提交日期：2018年1月5日

3、论文答辩日期：2018年3月15日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：肖志瑜委员：杨超李小强卫国强李上奎华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：3位瞅瞅年扫马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

4、位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外〉；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。’4句、本学位论文属于：口保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间：一一年一一月一一日）于年月日解密后适用本授权书。百升高，面丢在校园网k发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中

5、国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。（请在以上相应方框内打“J”）作者签名：Z位...--,A/'/日期：--yJt＆、2、~~卢「、c寸／叮〉／／指导教师签名：(/tU多1r7日期-µJf＆，♀、？$作者联系电话：15521154576电子邮箱：masi0716@163.com联系地址（含邮编）：广州市天河区五山路381号华南理工大学510640摘要电子器件微型化、高性能、高可靠性的趋势使集成电路（IC）向集成度更高、封装焊点尺寸更小的方向发展，造成焊点

6、承受的电流密度越来越大。电流密度的增大会产生较大的焦耳热，因此在焊点两端会产生更大的温度梯度，使焊点的服役环境更加严峻。一方面，微焊点两端温度梯度的增大会引发热迁移现象，促使原子进行定向迁移，使微焊点的显微组织发生变化；另一方面，互连焊点结构中基板、钎料以及封装材料的热膨胀系数不同，在服役过程中，微焊点由于热应力的变化产生蠕变变形与破坏。热迁移与蠕变作为微电子封装中常见的两种失效形式，对其进行研究具有十分重要的意义。本文采用实验研究与数值模拟相结合的方式，对电子封装行业中两种主流封装技术（倒装芯片、三维硅通孔）中不同特征尺

7、寸的微焊点在热迁移条件下的蠕变行为进行研究。采用ANSYS有限元分析软件，对焊点内部的蠕变变形量进行计算，用蠕变变形量来表征焊点的蠕变损伤，为焊点的寿命预测提供理论依据。首先研究了高度为800μm的Cu/Sn0.7Cu/Cu焊点的蠕变性能。对微焊点施加1.78MPa、2.53MPa和3.62MPa的剪切应力，再耦合1046℃/cm的温度梯度进行热迁移蠕变实验；为了做对照分析，还做了T=100℃和T=150℃的等温蠕变实验。分析焊点的蠕变曲线、蠕变断口以及断裂位置，实验结果表明：等温蠕变的断裂位置靠近焊点中部；耦合热迁移蠕变

8、焊点的断裂位置靠近热端。与等温蠕变相比，耦合温度梯度使得焊点的蠕变寿命降低，蠕变变形机制以位错攀移为主。模拟计算结果表明：耦合热迁移条件的焊点内部蠕变变形量大于等温蠕变条件，且热端的蠕变变形量最大。接着研究高度为10μm的Cu/Sn/Cu焊点在耦合1200℃/cm的温度梯度与110℃的等温条件下，分别加