板级焊点结构的热疲劳性能与机械疲劳性能研究

板级封装焊点结构的热疲劳性能是表面封装技术可靠性研究的热点问题，而其机械疲劳性能则研究较少，焊点结构在热疲劳和机械疲劳载荷共同作用下的破坏过程鲜有研究报道。无铅化是电子行业发展的必然趋势，目前常用SnAgCu系无铅钎料相对于锡铅钎料而言，热疲劳性能较好，而机械疲劳和跌落性能相对较差，影响了无铅钎料的进一步推广应用。本项目拟采用试验测试和数值模拟相结合的方法研究板级封装焊点结构典型热疲劳和机械疲劳过程中的裂纹扩展过程及非弹性应变的分布及演变规律，比较研究焊点热疲劳和机械疲劳的本质区别，探讨常用SnAgCu系无铅钎料焊点热疲劳和机械疲劳性能不一致的原因。在此基础上，探讨采用低银SnAgCu系无铅钎料替代现有无铅钎料的可能性，研究银含量对其机械疲劳性能的影响，进而提出改善SnAgCu系无铅钎料机械疲劳性能的方法。初步研究焊点结构处于热疲劳和机械疲劳载荷共同作用下的破坏规律及服役寿命预测方法。

在电子电路的表面贴装结构中，板级封装的焊点除作为电路的电气连接通道外，还在芯片与基板之间提供机械连接,一个焊点的破坏往往会对整个电路产生巨大影响。因此，板级封装焊点在生产及服役过程中的失效现象一直是表面贴装技术研究的热点问题之一。无铅化是电子产品发展的必然趋势，目前常用SnAgCu系无铅钎料相对于锡铅钎料而言，热疲劳性能较好，而机械疲劳性能相对较差，影响了无铅钎料的进一步推广应用。.为了进一步推进SnAgCu系无铅钎料在实际电子产品中的应用，本项目针对以下研究内容展开了研究：.(1) 板级封装焊点结构的热疲劳和机械疲劳破坏过程的研究。.(2) 改善SnAgCu系无铅钎料焊点结构机械疲劳性能的方法研究：研究低银SnAgCu系无铅钎料焊点的回流焊工艺，银含量对焊点结构机械疲劳性能的影响，以及低银SnAgCu系无铅钎料在实际电子电路中的应用。.(3) SnAgCu系无铅钎料板级焊点结构热疲劳－机械疲劳寿命预测方法研究：建立同时承受热疲劳载荷和机械疲劳载荷的焊点结构的数值模型，研究峰值载荷和疲劳载荷频率对非弹性应变演变的影响。.(4) SnAgCu系无铅钎料焊点的抗冲击和抗跌落性能研究：研究银含量对焊点结构拉伸力学性能、抗冲击和抗跌落性能及显微组织的影响。.在基金项目的资助下，通过三年的科学研究，完成了以上四项研究内容，获得了以下重要结论：.(1) 相对于传统锡铅钎料而言，Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料焊点热疲劳寿命较长，而机械疲劳寿命较短。.(2) 建立了研究钎料焊点结构在热疲劳和机械疲劳过程中非弹性应变分布和演变规律的数值模型；板级焊点结构在热疲劳过程中，蠕变应变的数值远大于塑性应变，而在机械疲劳过程中，则是塑性应变数值占主导地位。.(3) 随着银含量的增大，SnAgCu系无铅钎料焊点结构的静态拉伸强度变化不大，但抗冲击性能和抗跌落性能明显降低，这与焊点结构中的金属间化合物厚度的变化密切相关。.(4) SnAgCu系无铅钎料中银含量的调整对助焊剂和回流焊工艺的选择影响不大，低银SnAgCu系无铅钎料可获得形状饱满，满足要求的焊点，且成本较低。.在基金项目的资助下，共发表研究论文12篇，参加国际会议4次，培养研究生7人，项目负责人在基金项目资助期间晋升为副教授，硕士生导师。