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随着汽车电子,移动电子以及大功率集成电子设备朝向高密度化、微型化、多功能化等方面的发展。板级封装电子元器件内互连微焊点所受服役环境越来越苛刻。在实际服役过程中互连微焊点往往经历着热、电、力载荷的共同作用,多种载荷的耦合作用不仅影响了PCB板的响应特征而且对焊点的失效机理有着显著的影响。因此,本文以Sn-Ag-Cu系无铅焊点为载体,研究了在热-力耦合(温度-振动耦合)、热-力-电耦合作用下,PCB板的响应特征和微焊点的失效机理。测量了温度、振动、电耦合下板级应变、频率、加速度等响应数据,研究了温度-振动耦合、温度-振动-电耦合下PCB板的频率响应和形变特征的影响规律。结果表明,温度-振动耦合下,温度由25oC升高到100oC,PCB板一阶固有频率下降,同时一阶固有频率下的应变峰值没有发生变化;温度-振动-电耦合下,电流的施加,改变了PCB板温度分布,降低了PCB板的一阶固有频率的同时还降低了PCB板应变峰值,由0.001下降到0.00078。揭示出多场耦合作用下的板级载荷的复杂性。应用统计学分析的方法,研究了温度-振动耦合下微焊点的寿命、失效模式和机制。结果表明,在一定温度范围和激振水平下(功率谱密度PSD为1.55(m/s2)2/Hz),温度升高(25oC,25oC,100oC),改善了焊点塑性性能,提高了振动载荷下焊点的寿命;焊点断裂位置由界面金属间化合物(IMC)与铜焊盘之间转变为体钎料处内,由脆性断裂转变为韧性断裂特征;设计了不同激振水平下温度-振动耦合下焊点失效试验,研究应力水平对温度-振动耦合下焊点寿命和失效模式的影响规律。随着PSD值的逐渐升高(2.34(m/s2)2/Hz,3.35(m/s2)2/Hz,4.55(m/s2)2/Hz),温度对微焊点寿命和失效模式影响的趋势逐渐不敏感。PSD为2.34(m/s2)2/Hz时,温度升高,焊点寿命下降,PSD分别为3.35(m/s2)2/Hz和4.55(m/s2)2/Hz时,不同温度下的焊点寿命几乎无明显变化。焊点主要失效模式均为体钎料裂纹和混合裂纹,温度升高对焊点失效模式的影响不显著。过应力作用是导致这一现象的主要原因,振动载荷强度主导了焊点失效。对比分析了冷热冲击-振动顺序耦合与温度-振动实时耦合下焊点的失效特征。结果表明,顺序耦合作用下焊点体钎料组织粗化,致使体钎料处力学性能下降,导致裂纹产生在体钎料内,抗振动性能下降,冷热冲击载荷的施加加速了焊点的失效。而温度-振动实时耦合下,温度提高使得焊点体钎料塑性性能提升,降低了焊点界面应力水平,导致裂纹产生在体钎料处,两者的失效机制显著不同。揭示了三场耦合各因素对焊点失效特征的影响规律。结果表明,温度-电-振动耦合下,电载荷的施加,降低了PCB板的应变幅值,致使焊点的振动载荷强度降低,提高了互连微焊点的寿命;温度-电-振动耦合下焊点裂纹为体钎料裂纹和混合裂纹,倾向于韧性断裂。进一步提高三场耦合中电场载荷强度,电流密度由0.7×104A/cm2提高到0.85×104A/cm2,焊点加载1小时仍未失效,分析表明焊点内部发生明显的电迁移现象,PCB振动幅值急剧下降和焊点的流变状态主导了焊点的失效行为,环境温度降低,PCB板固有频率升高,致使焊点振动载荷强度提高,导致焊点失效。分别建立了温度-振动耦合、温度-电-振动耦合下焊点寿命预测模型。振动载荷下焊点的寿命与温度呈现“一次函数”关系;温度-电-振动耦合作用下焊点寿命与温度呈现“二次函数”关系。