Sn-3.8Ag-0.7Cu 焊料以及焊料/铜界面在静态和循环载荷下的力学行为
文献类型：学位论文
| 作者 | 祝清省 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 尚建库 |
| 关键词 | 无铅焊料 晶界变形 循环软化 驻留滑移带 Fe-Ni镀层 |
| 其他题名 | Mechanical behavior of Sn-3.8Ag-0.7Cu solder and solder/copper interface under static and cyclic loadings |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 在电子封装工业中，由于铅元素会给人类身体健康和自然环境带来潜在的危害，近年来无铅焊料得到广泛的研究和应用。随着封装密度的不断增加，焊点尺寸愈来愈小，无铅连接的可靠性问题变得尤其重要，所以需要对连接体的损伤行为机制进行更加深入地研究。在本论文研究中，着重讨论焊料内部中化合物相、晶界对材料变形和损伤的影响机制以及焊料/基体界面化合物层的微观损伤行为，并在此基础上提出有效的改善措施。 Sn-Ag-Cu作为一种最有前途的无铅焊料合金之一，已经得到普遍关注。在这种合金中，Ag和Cu以与Sn的化合物形式存在。研究结果表明，针状或者棒状化合物在材料变形过程中容易脆断，降低材料的塑性；化合物颗粒起着明显的弥散强化作用，也有利于材料的塑性。当合金通过挤压后再结晶的途径转化为细小等轴晶后，在低应变速率拉伸过程中表现出较大的延伸率和较低应力，此时应变速率敏感性更强。这由于细小等轴晶粒提高了晶界体积比例，使与时间相关的晶界变形机制更加显著。同时，细小等轴晶粒组织在低周疲劳初始阶段表现出快速循环软化行为，并且发现存在大量沿晶裂纹。原位观察表明裂纹密度与循环周次在初始周次内呈近似对数关系。利用裂纹模型建立循环软化随周次的关系，其模拟的软化曲线与实验曲线符合较好，证明了循环软化是由沿晶裂纹引起的。细小等轴晶粒不仅提高了晶界的所占体积比例，而且有利于晶界滑移，这些促使晶界裂纹在初始阶段快速发展。 驻留滑移带是铜单晶体在循环加载中的典型特征，驻留滑移带所携带位错在界面处形成塞积，使对界面产生连续“撞击”效应，实现对焊料/基体界面在微观范围内加载。在此条件下，发现对于Sn-Ag-Cu/铜单晶体界面，时效后的厚层平状化合物界面更容易在滑移带/界面处形成垂直界面的裂纹，并且在化合物内部快速发展，最终沿焊料/化合物界面失效。裂纹沿平直状化合物/焊料界面比扇贝形化合物界面扩展速率更快。Sn-Bi/铜单晶体界面，在120oC 7天时效后，裂纹由在化合物内部转移到沿化合物/基体界面产生，并沿此快速断裂，这是由于Bi在此界面偏析造成的。单晶体上电镀一层银膜后，在反应过程中形成的Ag3Sn层，能够有效阻止Bi向化合物/基体界面的偏析行为。 铜基体上电镀FeNi层，其与Sn-Ag-Cu焊料液态反应速率极慢，生成薄而致密的FeSn2化合物层；在120oC温度时效，化合物生长速率极慢；在180oC下，生成了一层含有Cu,Ni,Sn的化合物层，生长速率较快，这是由于较高温度促使基体中铜元素能够扩散穿过镀层，从而在界面偏聚。球剪切实验表明SnAgCu/FeNi-Cu连接体在回流和120oC时效后具有比未镀层试样更好的剪切性能；180oC时效后，其性能与未镀层试样相当，这说明FeNi镀层作为UBM层或者焊盘金属化层使用具有良好力学可靠性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 140 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17063]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 祝清省. Sn-3.8Ag-0.7Cu 焊料以及焊料/铜界面在静态和循环载荷下的力学行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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