基于熱應(yīng)力與機械應(yīng)力作用下無鉛焊點可靠性的實驗研究.pdf

1、密級桂林電子科技大學碩碩碩碩士士士士學學學學位位位位論論論論文文文文（全日制工程碩士）（全日制工程碩士）題目目目目基于熱應(yīng)力與機械應(yīng)力作用下無鉛焊點可靠性的實驗研究基于熱應(yīng)力與機械應(yīng)力作用下無鉛焊點可靠性的實驗研究基于熱應(yīng)力與機械應(yīng)力作用下無鉛焊點可靠性的實驗研究基于熱應(yīng)力與機械應(yīng)力作用下無鉛焊點可靠性的實驗研究（英文）（英文）ReliabilityReliabilityReliabilityReliabilityExperimentE

2、xperimentExperimentExperimentResearchResearchResearchResearchononononLeadFreeLeadFreeLeadFreeLeadFreeSolderSolderSolderSolderJointJointJointJointunderunderunderunderThermalThermalThermalThermalStressStressStressStressMec

3、hanicalMechanicalMechanicalMechanicalStressStressStressStress研究生學號::::10210214102102141021021410210214研究生姓名::::黃超指導教師姓名、職務(wù)指導教師姓名、職務(wù)::::楊道國楊道國教授教授申請學位門類::::工學碩士工學碩士學科、?？?、專業(yè)名稱::::機械工程機械工程提交論文日期::::2012201220122012年9999月論文答

4、辯日期::::2012201220122012年12121212月摘要I摘要隨著球柵陣列封裝（BGA）的封裝形式成為行業(yè)的主流技術(shù)，研究其可靠性顯得越來越重要，BGA封裝失效的最主要原因在于焊點的失效，并且隨著無鉛化在電子封裝行業(yè)的發(fā)展，研究BGA無鉛焊點的可靠性非常重要，電子產(chǎn)品在生產(chǎn)過程或者使用過程中，難免有受壓、碰撞等情況引起的機械應(yīng)力作用，并且在不同的環(huán)境溫度和工作狀態(tài)下也會使焊點承受周期性的溫度循環(huán)引起的熱應(yīng)力的作用。本文針對

5、某電子代工服務(wù)（EMS）工廠的無鉛產(chǎn)品，選取其印刷電路板組件（PCBA）上非常容易失效的BGA元器件，對其基于熱應(yīng)力和機械應(yīng)力作用下可靠性的研究。研究主要內(nèi)容如下：1.由于無鉛焊料與焊盤之間的金屬間化合物（IMC）對可靠性的影響很大，首先針對SnAgCu焊料與Cu焊盤的界面反應(yīng)生成的IMC進行調(diào)研。2.進行加速溫度循環(huán)實驗，在不同循環(huán)周期，通過切片、染色、光學顯微鏡等失效分析手段，觀察其微觀組織，研究加速溫度循環(huán)實驗這種熱應(yīng)力作用下無鉛

6、焊點的可靠性。3.進行高溫老化實驗，在不同時效時間，通過染色，光學顯微鏡等失效分析手段，觀察其微觀組織，研究基于高溫老化實驗這種環(huán)境下無鉛焊點的可靠性。4.進行彎曲實驗，設(shè)置不同彎曲應(yīng)變量跟應(yīng)變速率，通過染色，光學顯微鏡觀察等失效分析手段，研究彎曲實驗這種機械應(yīng)力作用下無鉛焊點的可靠性。研究結(jié)果表明：1.熱循環(huán)下，無鉛焊點裂紋萌生在焊料與器件的四個角落最明顯，且隨著熱循環(huán)時間的推移，裂紋有沿著焊料焊盤金屬間化合物擴散的趨勢；其失效模式主

7、要是BGA處焊點開裂和印刷電路板（PCB）處焊點開裂；單晶焊點對可靠性影響較大，熱循環(huán)之后，很多單晶焊點轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ш更c；當BGA處焊盤與焊料的IMC厚度達到4um，Cu3Sn的厚度達到0.35um的時候，焊點失效率呈線性增長，可靠性隨之下降，極易引起焊點的失效；當PCB處焊盤與焊料的IMC達到3um，Cu3Sn的厚度達到0.26um的時候，焊點可靠性將下降，極易引起焊點的失效；BGA處IMC的Cu6Sn5生長速度跟Cu3Sn的生長速度差