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剪切拉力下无铅焊点蠕变损伤的尺寸效应研究

张健

  随着电子器件不断向轻薄小型化方向发展,无铅焊点自身的尺寸及焊点间距越来越微小,由此引发的焊点可靠性尺寸效应也备受关注。蠕变损伤是引起无铅焊点失效的一个重要因素,因此研究焊点蠕变损伤的尺寸效应具有重要意义。本文以单个矩形无铅焊点为研究对象,采用理论、实验以及仿真相结合的方法对剪切拉力作用下焊点蠕变损伤的尺寸效应进行了研究。以损伤力学和金属导电理论为基础,建立基于等效裂纹扩展的焊点损伤模型,推导出电阻应变与蠕变损伤之间的关系。结合电阻应变的定义及裂纹扩展速率公式进行推导,得到剪切蠕变条件下焊点电阻应变与其几何尺寸的关系式。鉴于电测试法能够在线测量且快捷廉价,本文实验部分采用电阻应变作为表征焊点蠕变损伤的有效参量。利用实验组自主开发的四探针焊点特性测试仪,对一系列由Sn3.0Ag0.5Cu焊料制作的不同厚度、截面积匹配的焊点进行电阻应变的测量,从电阻应变的角度反映焊点蠕变损伤的尺寸效应。对不同尺寸焊点进行相同剪切拉力下的电阻应变测试,采用Origin软件对测试结果进行拟合分析,实验结果表明,厚度为0.23mm、截面积为1.00mm2的矩形焊点在剪切拉力作用下电阻应变较小,说明该尺寸下焊点蠕变损伤较小,可靠性较高。另一方面,运用有限元仿真软件ANSYS模拟承受剪切拉力作用的无铅焊点,对焊点剪切蠕变过程中的应力、应变分布进行了分析。结果表明:相同剪切拉力作用下,焊点厚度为0.23mm、截面积为1.00mm2时临界损伤的Mises等效应力、Mises等效蠕变均较小,表明蠕变损伤较小。仿真与实验结果吻合,故可认为厚度为0.23mm、横截面积为1.00mm2时,焊点的蠕变损伤较小,可靠性较好。……   
[关键词]:Sn3.0Ag0.5Cu焊点;剪切蠕变;损伤变量;电阻应变;尺寸效应;有限元仿真
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2012年