MEMS焊点结构微观疲劳失效与可靠性的SEM原位研究

电路板中焊点结构主要由三种不同材料封装而成，其中连接材料在力/热/湿环境影响下最容易发生失效，最终导致电路板整体可靠性降低并造成浪费和环境污染。研究焊点结构的失效行为检测、评价及控制等一直是研究和生产者追求的目标。但由于电路板中的焊点结构集成度高，结构尺寸小，失效机制复杂，直接观测十分困难；同时焊点结构组成材料性能相差很大，块体材料性能与微观结构变化使得理论与有限元分析与实际结果相差很大，阻碍了电路板整体可靠度的提升，仅依赖于加工经验，难易保障电路板稳定的品质。本研究提出用SEM原位加载/热/湿的研究方法，对电路板小尺寸焊点结构的疲劳裂纹萌生、扩展及影响因素（尺寸、形状、材料）进行试验和有限元分析，最终给出具有一定可靠度的Excel表格形式的简便、型号焊点结构寿命预测程序。本研究的关键在于发展SEM原位检测焊点结构疲劳失效的检测方法及基板应力/应变与失效位置评价参数间的传递关系和有效表征法

电路板（MEMS）中焊点结构主要由三种不同材料封装而成，其中连接材料（如焊点）在力/热/湿环境影响下最容易发生失效，最终导致电路板整体可靠性降低并造成浪费和环境污染。研究焊点结构的失效行为检测、评价及控制等一直是研究和生产者追求的目标。但由于电路板中的焊点结构集成度高，结构尺寸小，失效机制复杂，直接观测十分困难；同时焊点结构组成材料性能相差很大，块体材料性能与微观结构变化使得理论与有限元分析与实际结果相差很大，阻碍了电路板整体可靠度的提升，仅依赖于加工经验，难易保障电路板稳定的品质。本研究提出用SEM原位加载/热的研究方法，对电路板小尺寸焊点结构的疲劳裂纹萌生、扩展及影响因素（尺寸、形状、材料）进行试验和有限元分析。研究表明：单个焊点和手机芯片复杂焊点结构失效行为特征：单个焊点的疲劳失效行为为：变形-开裂-脱粘；复杂芯片焊点结构的失效行为：变形-失稳-开裂。其中载荷类型的影响显著，其中3点弯曲载荷下的失效临界弯曲扰度为0.05mm；焊点形状、几何尺寸和排列方式主要影响电路板的刚度。研究得到了电路板刚度与焊点数的变化曲线关系，可以作为优化设计电路板的依据。本研究的关键在于发展SEM原位检测焊点结构疲劳失效的检测方法及基板应力/应变与失效位置评价参数间的传递关系和有效表征法，其研究成果对改善现有电路板的布局有重要的工程应用价值。.本研究全部完成了项目的预期成果。发表相关内容的SCI论文7篇，标注11072124资助的SCI论文12篇，国际会议论文1篇，国内会议1篇。其中所发表的SCI论文影响因子全部大于1,2篇SCI论文影响因子大于2。