基于纳米压痕测试与有限元仿真的电子封装Sn58Bi无铅钎料微尺度力学行为研究

来源 :桂林电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myjjoey
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电子封装是微电子制造的基础,焊点是电子封装系统中最薄弱的部位之一。电子封装中的焊点是由钎料经过焊接得到的,钎料的力学行为是影响焊点可靠性的重要因素之一。锡铅(SnPb)钎料因其力学性能优良曾经被广泛应用于电子工业中。但是,由于废弃电子产品中的铅危害生物健康并污染环境,近年来各工业国家先后通过立法的形式禁止了在电子产品中的使用含铅材料。目前,在电子工业中,无铅钎料已经基本取代了锡铅钎料。在无铅钎料中,Sn58Bi无铅钎料因为熔点低和自身力学性能较好等优点在低温钎焊中有着广阔的发展前景。长期以来,关于Sn58Bi无铅钎料的研究主要集中在材料或焊点试样宏观力学性能方面。但是,电子封装焊点的尺寸已经到达了微米级别,由于尺寸效应的影响,宏观力学性能参数并不能很好地表征微焊点中材料或者物相的微尺度力学行为。目前,Sn58Bi无铅钎料微尺度力学行为方面的研究尚不多见。本研究基于纳米压痕试验测试和有限元仿真模拟相结合的办法研究了电子封装Sn58Bi无铅钎料及其共晶组织富Sn相和富Bi相的微尺度力学性能参数及应力-应变关系函数表达式(本构方程)。首先,根据SnBi二元合金相图制备了Sn58Bi共晶合金以及与其共晶组织富Sn相和富Bi相成分相同的固溶体合金。经过纳米压痕测试,得到了Sn58Bi、富Sn相和富Bi相的弹性模量E及硬度H,并记录了它们的载荷-位移曲线。其次,根据反演分析理论,将纳米压痕测试的结果赋予到有限元模型中,利用有限元软件ANSYS对纳米压痕试验得到的载荷-位移曲线的加载部分进行反演分析;通过对比试验载荷-位移曲线和模拟载荷-位移曲线,确定被测材料Sn58Bi、富Sn相和富Bi相的特征应力和特征应变;接着通过量纲函数确定被测材料的应变强化指数,并将特征应力、特征应变、应变强化指数和弹性模量代入幂指数型模型后确定被测材料的屈服强度,从而确定了被测材料的应力-应变关系函数表达式。最后,将Sn58Bi和富Sn相固溶体合金制备成符合拉伸试验要求的犬骨状试样,对Sn58Bi和富Sn相犬骨状试样进行拉伸试验得到屈服强度。对比由反演分析得到的屈服强度和由拉伸试验得到的屈服强度,发现两者相差不大,验证了Sn58Bi和富Sn相应力-应变关系函数表达式的正确性。
其他文献
抑制氢脆失效和提高氢渗透性能是目前国内外氢分离合金膜研究中的焦点问题。本课题对基于Nb基固溶体氢分离合金膜的元素掺杂和合金化改性的研究,具有重要的理论意义与广阔的应用前景。本文主要对课题中Nb基固溶体合金添加不同量和不同种类的合金元素后在晶体结构、氢化热力学性能、氢扩散动力学性能和力学性能的变化进行了研究,并对合金膜的氢渗透性能和抗氢脆性能进行了分析。主要工作有:(1)采用电弧熔炼法制备Nb100
近年来,随着IC产业的不断发展,对其封装设备的需求也不断增加,引线键合机作为IC封装的核心设备之一,主要由机械模块、电路模块以及图像处理模块等组成。其中,微芯片焊点的快速识别和精确定位是图像处理模块的核心,是整个引线键合机焊线工艺中极为重要的一环,也是其生产效率和焊线质量的重要保障。目前引线键合机主要基于传统的图像处理算法(模板匹配)来识别和定位微芯片焊点,该方法存在识别速度慢且无法适应多样性环境
随着电子工业的迅速发展,电子产品已经十分普及,其印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)焊点质量直接影响电子产品的质量。为了提高电子产品的合格率,对其PCB板焊点进行缺陷检测也变得十分重要。为了提高检测准确率和检测效率,利用机器视觉实现自动检测,具有重要的理论研究和实际应用价值。本文基于机器视觉的焊点缺陷检测研究开展工作,检测的焊点类型为:多锡、少锡、焊锡合适和漏焊。通过搭
装配尺寸链的自动生成是计算机辅助公差设计的重要基础,目前多数装配尺寸链自动生成都依赖人工交互。这种方法在计算机设计系统中不但难以传输和共享产品表示模型中的相关公差信息,而且一般未考虑不同配合类型下配合偏差对尺寸链生成的影响,因此难以保证尺寸链生成的准确性和高效性。本文基于本体在概念描述、知识表达和数据共享等方面的优势,研究利用本体来实现考虑配合偏差的装配尺寸链自动生成的一种智能化的方法,提高了尺寸
随着经济增长和道路交通环境改善,现代社会对轿车产品的需求总量剧增,也更注重车辆的平顺性和舒适性。目前多数中低档轿车行驶平顺性方面存在较大的优化空间,考虑影响因素的复杂性,运用计算机模拟技术实施平顺性优化设计是开发初期的主要方法。研究多体动力学、计算机应用等领域理论和实用关键技术,深入剖析目标车型悬架、轮胎及行驶系等其它总成结构特性,在ADAMS环境建立车辆主要总成、构建各子系统模型;结合悬架承载和
30CrMnSi钢具有强度高、韧性高、淬透性良好和抗过热稳定性等特点,广泛应用于制造轴和齿轮类零部件。利用传统的热处理工艺处理30CrMnSi钢具有表面硬度差、冲击韧性较差、易导致工件变形等缺点,难以达到使用要求。电子束表面合金化技术具有能量转换效率高、工件变形小等优点,可用于对30CrMnSi钢进行合金化处理。本课题采用等离子热喷涂技术在30CrMnSi钢表面分别制备不同粉末配比的Ni-A1和F
近年来,二维异质结材料因具有优异的热输运性能,在热管理和微纳制造领域展现出极大的应用潜力。然而,将二维异质结应用于纳米器件时,会不可避免地衍生各种对器件热输运性能有重要影响的界面结构。因此,二维异质结界面热输运性能的好坏决定了微纳米器件工作的可靠性与稳定性。为满足未来高功率电子设备的设计要求,本文利用分子动力学(MD)方法对典型材料石墨烯/六方氮化硼(Gr/h-BN)面内异质结的界面热输运性质以及
以金属板材为原材料加工而成的各种设备在军用以及民用领域中大量使用,由于板材结构自身的构造特点,在生产制造以及机械加工过程中都可能产生缺陷。为保证板材加工出的产品能在特殊环境中稳定运行,对板材进行无损检测十分重要。超声导波层析成像检测技术,为板材的高精度检测提供了解决方案,可对工业金属板材进行大范围检测,其图像重建的结果不仅能将缺陷轻易的识别出来,更是可以按照缺陷的类别大小进行量化分类。本文的主要研
拖挂式自行车机器人是一种由普通自行车和拖挂车组成的自行车机构,包含有三个车轮,相比普通自行车能有效提高系统的负载能力;如果能在拖挂式自行车机器人的负载特性研究上取得突破,那么该机构将成为一种新型道路交通工具。由于负载质量和负载位置对拖挂式自行车机器人的动态平衡特性有重要的影响,因此本文将针对负载质量大小及前后位置对拖挂式自行车机器人动态平衡特性的影响的问题进行研究,主要研究内容如下:(1)针对该系
鳄鱼吻部具有的优良性能与其结构特点密不可分,结构对力学性能的影响以及如何将这种特殊的结构应用于仿生设计均值得我们深入探索。本文以菲律宾鳄鱼头骨为研究对象,以分析它的力学特性与结构间的关系,并将分析结果应用于仿生鳄鱼装置的结构设计为研究目的。运用逆向工程技术对复杂的鳄鱼头骨进行了三维重构,基于有限元理论与有限元分析方法对它的吻部结构进行力学特性分析,利用计算机技术对提取的特征参数进行数学模型构建,最