混裝焊料力學性能測試及熱疲勞可靠性技術(shù)研究.pdf

1、為響應(yīng)歐盟的《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令》即RoHS指令(Restriction of Hazardous Substances)和其它國家的無鉛化指令，電子工業(yè)正朝無鉛化過渡。有鉛向無鉛轉(zhuǎn)變涉及到整個電子工業(yè)鏈，是一個復雜的問題，不可能一蹴而就，所以不可避免要經(jīng)歷一個過渡期。由于軍事、航天以及其他領(lǐng)域的有鉛豁免，有鉛與無鉛依然同時存在。本文主要研究有鉛焊料和無鉛元器件混合組裝的后向兼容形式，對于這種形式的混裝焊點，

2、在電子設(shè)計、電子材料以及整個組裝工藝中都沒有標準可以遵循。因此，混裝焊點熱疲勞可靠性的研究對于解決當前過渡時期，醫(yī)療、軍工和通信等高可靠性要求的電子產(chǎn)品無鉛與有鉛混裝問題具有重要的意義。本文主要開展了對混裝焊料力學性能測試和熱疲勞可靠性技術(shù)的研究。
　　首先，將Sn3.0Ag0.5Cu和63Sn37Pb按1比0.5的比例混合，加工成基于高低溫材料拉伸試驗國家標準GBT.228-2010規(guī)定的試樣，在5種不同應(yīng)變率和4種溫度下對此混

3、裝焊料試樣進行拉伸試驗，并基于非線性擬合方法確定了 Anand粘塑性本構(gòu)方程的九個材料參數(shù)，為混裝焊點數(shù)值模擬以及熱疲勞壽命預測提供前提和基礎(chǔ)。結(jié)果表明：Anand本構(gòu)模型能夠有效地描述混裝焊料的粘塑性力學行為，能夠應(yīng)用到電子封裝混裝焊點的失效分析和可靠性模擬中。
　　其次，通過搜集研究對象的元器件類別、元器件布局、PCB（ Printed Circuit Board）材料、尺寸等信息，建立數(shù)值仿真模型，基于Flotherm熱分析

4、軟件對模型進行熱仿真分析。在兩種極端溫度剖面分別為70℃和-55℃環(huán)境下，分別對研究對象進行熱分析，得到了主要模塊的溫度分布情況，中央處理組合PCB中核心BGA（Ball Grid Array）所在位置溫度最高，在70℃環(huán)境下，最高溫度可達105℃。結(jié)果表明：溫度與功率密度有關(guān)，功率密度越集中，溫度越高；同時得到了在-55℃和70℃剖面環(huán)境溫度下核心BGA處的溫度極限值為-55℃和105℃，作為熱循環(huán)仿真的載荷條件。
　　第三，采

5、用有限元數(shù)值模擬方法，分別建立了有IMC（Intermetallic Compound）層和無IMC層BGA的1/4三維有限元模型；分析了混裝焊點陣列在熱循環(huán)條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，確定了核心BGA組件中最容易發(fā)生熱疲勞失效焊點的位置。利用IPC785標準中基于塑性應(yīng)變的焊點疲勞壽命預測模型，通過計算最大剪切塑性應(yīng)變點遲滯環(huán)的剪切塑性應(yīng)變范圍，獲得了混裝焊點的熱疲勞壽命，對比了有 IMC層和無 IMC層混裝焊點的熱疲勞壽命。結(jié)果表明：