【摘 要】
：
近年来,Sn-Ag-Cu（SAC）系无铅合金因具有较低的共晶温度及良好的可焊性而被广泛运用于封装行业。高银SAC无铅焊料虽然具有较好的润湿性和抗氧化性,但使用成本高,接头脆性大,抗跌落性差。然而,降低Ag含量又会使焊接温度增加,热可靠性变差。所以,在不同的服役环境下,选择一种适用性强,性能优良,可靠性好,并且价格实惠的无铅焊料变得尤为重要。随着大功率器件的逐步推广和应用,其封装体内的热流密度越来越
【基金项目】
：
国家自然科学基金（No.61774066、61974013）； 重庆市自然科学基金（No.cstc2020jcyj-msxm X0819）；
论文部分内容阅读
近年来,Sn-Ag-Cu（SAC）系无铅合金因具有较低的共晶温度及良好的可焊性而被广泛运用于封装行业。高银SAC无铅焊料虽然具有较好的润湿性和抗氧化性,但使用成本高,接头脆性大,抗跌落性差。然而,降低Ag含量又会使焊接温度增加,热可靠性变差。所以,在不同的服役环境下,选择一种适用性强,性能优良,可靠性好,并且价格实惠的无铅焊料变得尤为重要。随着大功率器件的逐步推广和应用,其封装体内的热流密度越来越大,这就要求起连接作用的微焊点具有较好的热学及抗热疲劳性能。此外,暂无相关设备能模拟大功率器件在服役环境中承受高频率,急剧的温度变化带来的热影响,因此,本文采用不同Ag含量（Sn-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-1.0Ag-0.5Cu,Sn-3.0Ag-0.5Cu）的SAC无铅焊料制备了无铅BGA锡球,SAC/Cu凸点及Cu/SAC/Cu焊点,研究了在快速热疲劳下,Ag含量的变化对SAC无铅锡球及凸点内部组织演变及内外裂纹扩展规律、凸点界面金属间化合物（IMCs）演变及力学性能、三明治结构焊点内部裂纹扩展规律及不同约束条件下的裂纹扩展的影响。得到主要结论如下:（1）四种银含量的BGA锡球均在650周期时表面发生开裂,即表面裂纹的萌芽期650周期左右;随着热疲劳周期数的增加,锡球表面裂纹数量增加,主裂纹逐渐变深变宽,并出现分支裂纹,次裂纹逐渐发展成主裂纹,裂纹之间相互扩展,最后呈X型网状分布;随着Ag含量的增加,锡球表面裂纹的数量及尺寸减小,开裂程度减小,扩展速率减慢,SAC305锡球表面抗热疲劳开裂性能更好。锡球内部裂纹主要集中在靠近热源位置及锡球的左（右）角落附近;在低疲劳周期,内部裂纹的数量及尺寸随周期数的增加而增加,3500周期后内部裂纹数量及尺寸有减小的趋势;随着Ag含量的增加,低疲劳周期时锡球内部裂纹的数量及尺寸减小,热疲劳末期内部裂纹的数量增加、开裂程度变大。（2）随着快速热疲劳周期数的增加,SAC/Cu凸点表面裂纹的数量及尺寸增加,在3500周期后增速变缓,而表面裂纹主要集中在曲率较大的下侧面;随着Ag含量的增加,凸点表面裂纹扩展速率减小;与锡球表面裂纹相比,同周期下相同焊料成分的凸点表面裂纹开裂程度更小,表面裂纹萌生的孕育期更长,扩展速率更小。随着快速热疲劳周期的增加,内部裂纹主要集中在凸点底部的拐角处,同时随机分布在凸点的焊料内部;随着热疲劳周期增加,开裂路径由焊料/IMC界面附近的焊料内部逐渐向界面层转移;在同一周期下,随着Ag含量的增加,凸点的界面裂纹宽度呈先减小后增加的趋势,即SAC105/Cu凸点界面裂纹的开裂程度最小;与锡球内部裂纹和Cu/SAC/Cu焊点的内部裂纹相比,凸点的内部裂纹萌芽在800-900周期之间,锡球内部裂纹的萌芽在1000-1500周期之间,Cu/SAC/Cu焊点的内部裂纹萌芽期在600-700周期之间。（3）随着热疲劳周期的增加,SAC/Cu凸点界面IMC厚度增加并由锯齿状向平坦状转变,最后趋于平缓;IMC生长速率呈现先增加再趋于平缓再增加的趋势,在热疲劳末期,IMC最大厚度也仅在3μm左右,IMC主要成分仍然是Cu6Sn5;随着Ag含量的减少,界面IMC平缓程度增大,最后呈平坦状;其中热疲劳中期（2500周期-3500周期）,所有凸点界面IMC厚度增长率为负值或变化不大。在热疲劳初期,凸点的剪切强度下降率较大,力学性能急剧下降,而后下降率有所减小,凸点的力学性能极不稳定（离散）;在热疲劳末期,SAC305/Cu凸点界面结合强度下降幅度最大,为63.2%;Sn0.7Cu/Cu凸点界面结合强度下降幅度次之,为61.89%;SAC105/Cu凸点剪切强度下降幅度为59.08%;SAC0307/Cu凸点界面结合强度下降幅度最小,为46.26%,故SAC0307/Cu在快速热疲劳下具有更好的抗剪切性能。
其他文献
铸铝合金因其优异的高导热性、可加工性、低热膨胀系数、低密度、耐磨性与高耐腐蚀性在汽车工业中广泛应用,常用于具有复杂几何形状的汽油机活塞铸造。近年来为了追求高输出能力及低燃料消耗的总体目标,发动机缸内燃气压力和温度大幅提高,长时间处于这种高温、高压工作环境下,活塞用铸铝合金材料不仅会产生疲劳损伤,还会产生蠕变损伤,两种损伤之间复杂的非线性耦合作用会造成活塞蠕变-疲劳破坏现象。本文从试验测试、理论分析
汽车工业的迅速发展对当今汽车NVH（Noise,Vibration and Harshness）特性提出了更高的要求,制动器作为汽车安全保障的重要部件,由于制动振动与噪声问题影响了驾乘舒适性,汽车行业已将制动振动与噪声列为重点关注的品质问题之一。制动NVH特性研究方法主要有数值仿真分析和试验分析研究,而目前两种方法的研究对象不完全一致,造成研究结果不能进行直接比较,且相差较大的问题。因此,本文试图
在车辆电动化发展趋势下,分布式电动车因其独特的驱动布置形式及传动方式成为电动汽车研究的热点。相比于传统电动车,分布式电动车在转向性能、驱动转矩响应、整车操控性等方面具有较大的优势。但是,随着分布式电动车执行器、传感器等数目的增加,驱动系统的可靠性就会降低。因此,本文针对分布式电动车驱动系统执行器失效的不同种情况,以提高故障车辆的稳定性和安全性进行了容错控制算法研究,具体内容包括:首先,搭建满足研究
镁锂合金是迄今为止发现的密度最小的金属结构材料,并且具有高比强度、比刚度特点,在国防军事、航空航天、核工业、电子3C产品等领域有着巨大的发展潜力。单α相镁锂合金绝对强度相对较高,但是塑性成形能力较低,这一缺点大大限制它的应用。而大塑性变形工艺（Severe Plastic Deformation,SPD）可以细化材料组织、改善织构,最终获得高强度、高塑性的材料。其中包套压缩变形工艺（Canning
镁合金是目前工业应用最轻的金属结构材料,它具有密度低、比强度和比刚度高、可回收利用,良好的切削加工性以及铸造性能,在电子、交通、航空航天具有广泛的应用前景。众所周知,Mg-Gd-Y-Zn-Zr系高强铸造镁合金在航空航天和军工等领域的应用优势明显,但目前研究开发的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系镁合金的综合力学性能还难以满足工业生产的需求,因此,有必要进一步针对Mg-Gd-Y-Zn-Zr系高强铸造镁合金
随着工业领域的日益发展,高精尖产品是抢占市场的重要因素,而高精度的位移传感器则是制造高端产品的过程中不可或缺的部分。位移传感器在工业领域中起到了至关重要的作用,在各国的工业、农业、军事、航天等领域扮演着不可替代的角色。其中绝对式位移测量传感器具备较多的优点,如抵抗外部干扰的能力较好,有较高的稳定性,开机后不需要重新寻找参考零位点,具有较低的累计误差等,在各种高精的位移测量中应用比较广泛。目前,传统
现阶段我国车辆生产制造水平已步入全球前列,在人均汽车保有量持续增加的今天,交通事故发生频率也在不断增加。随着智能驾驶技术的发展,特别是车车通信技术和自动紧急制动系统的实现,有效降低了交通事故的发生频率。因此可以通过将自动紧急制动系统和V2V技术两种功能协同工作来实现车辆避撞功能,从而保障行车安全。本文在V2V基础上进行自动紧急制动系统研究,建立了适用于直道和定曲率弯道的AEB系统,同时考虑了车辆在
作为智能驾驶的核心技术之一,路径规划一直是无人车领域的研究热点。最短路径规划则因可以充分降低整体路径的行驶开销,增大行驶空间的利用率,无疑又是路径规划研究方向的重点。而且,最短路径规划是解决交通拥堵,提高交通效率,降低整体汽车能耗的有效途径。此外,无人车的通行还受到各种交通场景和行驶条件的约束,如无碰撞约束、多节点约束、速度平滑约束等,以确保无人车行驶的安全性、高效性和平稳性。因此,研究多约束条件
由于特种车辆的用途特殊性,许多政府以及企业开始严格要求控制特种车辆的噪声和振动方面的问题。特种车辆的使用环境往往比乘用车或商用车更恶劣,驾驶室的噪声问题严重影响到驾驶人员的身心健康。特种车辆车内声品质预测的研究较少,本文针对某特种车车内噪声的声品质进行分析并建立预测模型后续进行优化研究,主要研究内容有:首先,进行了车内噪声的采集试验并对试验数据进行挑选,处理成68个可以进行主观评价试验的有效声音样
在交通事故中,多车事故是造成乘员伤亡的主要事故形态,事故车辆在外观、重量、结构和刚度等方面存在的差异,导致了车辆和乘员不同的损伤情况。不同大小车辆以相同速度碰撞时,小型车辆可能会遭受更严重的损害,这是由于前端结构的差异使两车的结构不能有效发挥作用,碰撞产生的能量不能被合理吸收,加剧了小型车乘员损伤风险。因此,如何在碰撞事故中发挥汽车结构的耐撞性来保护乘员,同时改善车辆碰撞相容性已成为汽车安全设计的