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《哈尔滨理工大学》 2007年
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无铅焊点寿命预测及IMC对可靠性影响的研究

姜志忠  
【摘要】: 目前,球栅阵列封装(BGA)技术正广泛应用于微电子封装领域,表面组装技术(SMT)也逐渐进入BGA组装时代。组装焊点的失效是BGA封装器件的失效的主要原因,伴随着人们环保意识的提高,无铅化是微电子封装业的发展趋势,在服役过程中无铅焊点的可靠性是已学者研究的热点。SnAgCu无铅钎料被认为是最有可能取代传统的SnPb钎料作为表面组装焊点的材料,但是高Sn含量的SnAgCu钎料必然会导致与Cu焊盘界面金属间化合物(IMC)生长过快的问题,过厚的IMC将会导致焊点界面的弱化甚至开裂。因此,研究BGA组装无铅焊点可靠性及IMC对其可靠性的影响具有重要的理论意义。 本文采用统一型粘塑性Anand本构方程描述材料为Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点在热循环条件下粘塑性行为。采用有限元数值模拟方法,针对PBGA封装器件,建立了1/8三维有限元模型,分析焊点阵列的应力应变分布规律,确定了易发生疲劳失效关键焊点的位置。分析了Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的失效机制。分别采用基于塑性应变的Coffin-Manson模型和基于能量的Morrow方程对两种钎料的关键焊点进行热疲劳寿命预测,通过计算比较Sn3.8Ag0.7Cu关键焊点的疲劳寿命是Sn37Pb的3~4倍,表明Sn3.8Ag0.7Cu钎料具有较好抗热疲劳性能。 通过对Sn3.8Ag0.7Cu与Cu焊盘回流焊接后和老化条件下的界面反应进行研究,回流焊接后,其界面处的IMC层为Cu6Sn5,无Cu3Sn金属间化合物出现,经过125℃,100h的老化试验之后,在靠近Cu焊盘一侧发现了薄薄的一层Cu3Sn。对IMC层厚度的测量结果可知,厚度与时间的平方根之间呈近似的线性关系,较好的符合了Fick扩散定律。 通过对关键焊点界面处的IMC层进行合理的简化,进行数值模拟,模拟结果表明,当界面IMC层厚度增加时,IMC层内的等效应力增加;与此相反,钎料内部的应力变化不大,但粘塑性应变量和塑性功累积量动态增加且增加明显,因此IMC厚度增加,将会导致焊点的热疲劳寿命降低。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG454

【引证文献】
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1 刘云;电子产品组装过程常见失效机理及预防措施研究[D];南京理工大学;2011年
2 刘学;SnAgCuCe无铅焊点界面行为及微观力学性能[D];哈尔滨理工大学;2011年
3 林丹华;PBGA封装热可靠性分析及结构优化[D];中南大学;2008年
4 贾小平;军用电子模块无铅焊点可靠性的研究[D];清华大学;2011年
5 鲁光祝;IGBT功率模块寿命预测技术研究[D];重庆大学;2012年
6 周鹏;镀层与SnAgCu焊膏的界面反应对焊点可靠性的影响[D];桂林电子科技大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹昱,易丹青,王颖,卢斌,杜若昕;Sn-Ag基无铅焊料的研究与发展[J];四川有色金属;2001年03期
2 贾红星,刘素芹,黄金亮,张柯柯;电子组装用无铅钎料的研究进展[J];材料开发与应用;2003年05期
3 朱笑鶤,娄浩焕,瞿欣,王家楫,Taekoo Lee,王卉;电子封装面临无铅化的挑战[J];电子与封装;2005年05期
4 侯正军,陈玉华;无铅焊料的发展[J];电子与封装;2005年05期
5 颜秀文;丘泰;张振忠;;无铅电子封装材料及其焊点可靠性研究进展[J];电子元件与材料;2006年03期
6 王春青,赵秀娟,杨士勤;电子封装软钎焊焊点形态预测技术研究现状[J];电子工艺技术;2000年01期
7 马鑫,董本霞;无铅钎料发展现状[J];电子工艺技术;2002年02期
8 陈志刚,夏志东,史耀武;热力学计算在无铅钎料合金设计中的应用[J];电子工艺技术;2002年02期
9 周德俭,潘开林,吴兆华,陈子辰;塑料球栅阵列(PBGA)焊点三维形态预测与分析[J];电子工艺技术;1998年05期
10 梁凯;姚高尚;简虎;熊腊森;;微电子封装无铅钎焊的可靠性研究[J];电子质量;2006年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李磊;三维叠层CSP/BGA封装的热分析与焊点可靠性分析[D];电子科技大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陶俊勇;楮卫华;陈偱;;Study on Higher Efficiency Thermal Cycling Profile for HALT[J];Journal of China Ordnance;2008年01期
2 支建庄,郑坚,赵庆岚,姚战军;锡-银系无铅焊料动态强度研究[J];兵器材料科学与工程;2005年04期
3 谷博;王珺;唐兴勇;俞宏坤;肖斐;;微电子封装中Sn-Ag-Cu焊点剪切强度研究[J];半导体技术;2006年05期
4 陈云;徐晨;;球栅阵列封装中SnPb焊点的应力应变分析[J];半导体技术;2006年11期
5 邱宝军;周斌;;热循环条件下空洞对PBGA焊点热疲劳寿命的影响[J];半导体技术;2008年07期
6 周德俭,潘开林,刘常康;SMT焊点形态成形和焊点可靠性CAD[J];半导体学报;2000年02期
7 徐冬霞;雷永平;张冰冰;李国伟;夏志东;郭福;史耀武;;无VOC免清洗助焊剂的研制及性能测试[J];北京工业大学学报;2007年12期
8 李倩如;颜国正;黄标;;胃肠道生理参数遥测胶囊的研制及临床试验[J];北京生物医学工程;2008年03期
9 高档妮;刘新年;郭宏伟;;ZnO-B_2O_3-BaO系无铅封接玻璃析晶行为的研究[J];玻璃;2005年06期
10 张富文;刘静;杨福宝;贺会军;胡强;朱学新;徐骏;石力开;;无铅电子封装焊料的研究现状与展望[J];材料导报;2005年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 梁鸿卿;;无铅焊料与导电胶[A];2003中国电子制造技术论坛暨展会暨第七届SMT、SMD技术研讨会论文集[C];2003年
2 李大乐;史建卫;钱乙余;李忠锁;;无铅化电子组装中的氮气保护[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
3 朱小军;张玮;禹胜林;;免清洗无铅焊膏的SMT生产应用及焊接质量[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
4 史建卫;何鹏;钱乙余;袁和平;;无铅化组装对再流焊设备的挑战[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
5 赵志平;曹立新;;某型导电胶在微带板键合技术中的应用[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
6 刘艳新;;无铅再流焊的兼容性研究[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
7 冯先龙;恩云飞;宋芳芳;;电子封装抗振可靠性研究综述[A];中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会论文选[C];2008年
8 程东海;邵景辉;陈益平;胡德安;王涛;;Sn-58Bi-Ag低温复合钎料/Cu界面组织研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
9 王矜奉;臧国忠;张承琚;;无铅无铋高性能压电陶瓷[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
10 柳坚;郭隐彪;;试析无铅化对电子行业带来的变革[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
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1 李丹;超(超)临界火电机组传热管用不锈钢的研究[D];江苏大学;2010年
2 王慧;微合金化对Sn-9Zn无铅钎料钎焊性能影响及润湿机理研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 黄立新;印刷电路板定位安装孔钻削研究[D];广东工业大学;2011年
4 朱奇农;电子封装中表面贴装焊点的可靠性研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
5 褚卫华;模块级电子产品可靠性强化试验方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
6 于大全;电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究[D];大连理工大学;2004年
7 黄惠珍;Sn-9Zn无铅电子焊料及其合金化改性研究[D];南昌大学;2006年
8 李福泉;钎料熔滴/焊盘瞬间接触液固反应及界面组织演变[D];哈尔滨工业大学;2006年
9 赵智忠;高压真空灭弧室结构与工艺的设计与实验研究[D];大连理工大学;2006年
10 臧国忠;高压SnO_2压敏陶瓷研究及新型低压—高介压敏、无铅压电材料探索[D];山东大学;2006年
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1 黄成建;六西格玛在电梯质量中的应用[D];兰州大学;2010年
2 袁力鹏;Sn-Ag-Cu-Sb无铅焊料物理性能研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
3 刘婷;无铅塑料球栅阵列封装热失效分析及可靠性研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 刘洋;SnAgCuNiBi无铅钎料焊接性能及IMC生长机制[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 张瑾;气相法制备超细锡基无铅焊料粉体的研究[D];昆明理工大学;2010年
6 孙莉;添加纳米颗粒的复合无铅钎料及其微连接接头性能研究[D];石家庄铁道学院;2009年
7 潘月娥;印刷电路板的贴装仿真及设计检错研究[D];西安电子科技大学;2009年
8 刘家麟;Sn-Ag-Zn无铅钎料压入蠕变性能及组织研究[D];西华大学;2011年
9 刘鲁潍;无铅焊球界面反应的体积效应研究[D];大连理工大学;2011年
10 范楠子;镁合金表面化学镀Ni-B镀层制备及其与无铅钎料的界面反应[D];大连理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 张鹏;陈亿裕;;塑封器件失效机理及其快速评估技术研究[J];半导体技术;2006年09期
2 陈子夏;杨平;谭广斌;;PBGA组件振动疲劳寿命的实验研究[J];半导体技术;2008年11期
3 周斌;邱宝军;;ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究[J];半导体技术;2010年07期
4 韩潇;丁汉;盛鑫军;张波;;CSP封装Sn-3.5Ag焊点的热疲劳寿命预测[J];半导体学报;2006年09期
5 韦晨;刘永长;韩雅静;沈骏;;自适应无铅焊料的开发与研究[J];材料导报;2006年03期
6 贾红星,刘素芹,黄金亮,张柯柯;电子组装用无铅钎料的研究进展[J];材料开发与应用;2003年05期
7 胡建辉;李锦庚;邹继斌;谭久彬;;变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计[J];电工技术学报;2009年03期
8 宁叶香;潘开林;李逆;;电子组装中焊点的失效分析[J];电子工业专用设备;2007年09期
9 樊强,韩国明,黄丙元,毛信龙;SMT建模仿真研究现状及发展[J];电焊机;2004年11期
10 王彦刚,武力,崔雪青,吴武臣,P.Jacbo,M.Held;IGBT模块封装热应力研究[J];电力电子技术;2000年06期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 朱奇农;电子封装中表面贴装焊点的可靠性研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
2 褚卫华;模块级电子产品可靠性强化试验方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 常俊玲;功率器件无铅焊料焊接层可靠性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
4 夏阳华;无铅电子封装中的界面反应及焊点可靠性[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2006年
5 黄春跃;基于焊点虚拟成形技术的SMT焊点质量检测和智能鉴别技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
6 高峰;部分无铅焊料体系的热力学与动力学研究[D];厦门大学;2009年
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1 范平平;典型电子封装结构的热动力学分析与寿命预测[D];南京航空航天大学;2010年
2 马秀玲;SnAgCu系无铅钎料的研究[D];北京工业大学;2004年
3 张琴;多热源耦合场下多芯片组件的热分析研究[D];电子科技大学;2004年
4 荣振环;芜湖长江大桥主桥长期实时监控疲劳损伤及寿命评估系统研究[D];铁道部科学研究院;2005年
5 樊强;材料选择对BGA焊点热可靠性影响的有限元仿真研究[D];天津大学;2005年
6 姜玉刚;表面组装工艺无铅焊接的研究[D];天津大学;2005年
7 张宇;电子产品无铅化技术研究[D];天津大学;2005年
8 刘琳;微量稀土Ce对SnAgCu钎料合金性能的影响及焊点可靠性的研究[D];南京航空航天大学;2006年
9 傅冰;倒装焊焊点的可靠性分析[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 陈晓斌;识别导致器件失效的静电放电模型[D];上海交通大学;2006年
【二级引证文献】
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1 颜学优;封装堆叠(PoP)可靠性的研究[D];华南理工大学;2010年
【二级参考文献】
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1 曹昱,易丹青,王颖,卢斌,杜若昕;Sn-Ag基无铅焊料的研究与发展[J];四川有色金属;2001年03期
2 张虹,白书欣;无铅钎料的研究与开发[J];材料导报;1998年02期
3 王阳,胡望宇,舒小林,赵立华,张邦维;Sn-Bi合金系低温无铅焊料的研究进展[J];材料导报;1999年03期
4 沙维;;Thermo Calc热力学计算系统及其在材料研究中的应用[J];材料科学与工程;1992年02期
5 王谦,Shi-WeiRickyLEE,汪刚强,耿志挺,黄乐,唐祥云,马莒生;电子封装中的焊点及其可靠性[J];电子元件与材料;2000年02期
6 林培豪,刘心宇,成钧;铜铟铋硫对Sn-Ag基无铅焊料性能的影响[J];电子元件与材料;2003年10期
7 史耀武,夏志东,陈志刚,雷永平;电子组装钎料研究的新进展[J];电子工艺技术;2001年04期
8 庄鸿寿;无铅软钎料的新进展[J];电子工艺技术;2001年05期
9 郭强,赵玫;SMT焊点半经验随机振动疲劳寿命累积模型[J];电子工艺技术;2004年01期
10 郭强,赵玫,张校昌;考虑扭率的焊点振动疲劳寿命及芯片位置优化[J];电子机械工程;2004年02期
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1 朱奇农;电子封装中表面贴装焊点的可靠性研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
2 徐步陆;电子封装可靠性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
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1 余春;肖俊彦;陆皓;;1.0%Zn,Ni对Sn-3.5Ag/Cu界面反应及化合物生长的影响[J];焊接学报;2008年03期
2 李凤辉;李晓延;严永长;;SnAgCu无铅钎料对接接头时效过程中IMC的生长[J];上海交通大学学报;2007年S2期
3 商延赓;孙大千;郎波;张显斌;;金属间化合物对Sn-Ag-Cu无铅钎料钎焊接头性能的影响[J];吉林大学学报(工学版);2006年06期
4 王慧;薛松柏;韩宗杰;王俭辛;;Sn-Zn系无铅钎料的研究现状及发展趋势[J];焊接;2007年02期
5 李明雨;关经纬;王春青;刘威;;Sn-Ag基无铅钎料Nd:YAG激光重熔界面研究[J];电子工艺技术;2006年05期
6 郝虎;史耀武;夏志东;雷永平;;等温时效中稀土Er对Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织演化的影响[J];稀有金属材料与工程;2008年11期
7 丁亚萍;齐芳娟;孙莉;杨明辉;;无铅钎料焊点界面与剪切行为的研究[J];电子元件与材料;2008年01期
8 戚琳,赵杰,王来,杨富华,尹松鹤;波峰焊及再流焊无铅焊点组织演变规律的研究[J];电子工艺技术;2004年02期
9 李擘,史耀武,夏志东,雷永平,郭福;添加微量稀土元素的SnAgCu无铅钎料的研究[J];电子工艺技术;2004年05期
10 石素琴,董占贵,钱乙余;软钎焊钎料的最新发展动态[J];电子工艺技术;2000年06期
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1 王丽风;孙凤莲;刘晓晶;刘洋;;SnAgCuBi无铅钎料的研究[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
2 杨勇;王铀;闫牧夫;;热喷涂NiAl金属间化合物涂层的稀土改性[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
3 李星国;胡镇华;崔崑;;金属间化合物的非晶态微粉的新型制作方法[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
4 李凤辉;李晓延;严永长;;热循环及时效条件下SnAgCu/Cu界面化合物的生长行为[A];第九届全国热疲劳学术会议论文集[C];2007年
5 杨石强;林萍华;董寅生;陈振华;;金属间化合物Tb(Fe_(1-x)Mn_x)_(11.3)Nb_(0.7)的结构和磁性[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
6 周晓松;彭述明;郝万立;;Zr_3V_3O金属间化合物的贮氢性能[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
7 孔祥炎;曲选辉;钱源;黄伯云;;L1_0型TiAl和TiAl+Mn金属间化合物的室温变形结构[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年
8 马培燕;傅正义;;微叠层金属间化合物的研究[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
9 毕秦岭;喇培清;杨军;刘维民;薛群基;;铬合金化及碳掺杂对Ni_3Si金属间化合物的组织和性能的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
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1 通讯员 朱江 冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年
2 苏曦;新世纪高温材料的明星[N];中国冶金报;2001年
3 本报记者 赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年
4 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
5 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
6 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
7 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
8 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
9 付冰赵辉;油藏数值模拟技术成为“常规武器”[N];中国石油报;2007年
10 ;堤基管涌机理和防治关键问题研究为堤防提供科学参考[N];中国水利报;2008年
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1 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
2 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年
3 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年
4 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
5 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
6 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
7 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
8 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
9 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年
10 武文斌;金属板件等离子体弧柔性成形技术的基础研究[D];大连理工大学;2008年
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1 姜志忠;无铅焊点寿命预测及IMC对可靠性影响的研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
2 杨志;新型Sn-Ag-Bi-Cu-In钎料合金研究[D];昆明理工大学;2006年
3 程久欢;Ti_3Al金属间化合物激光焊温度场的数值模拟[D];武汉理工大学;2004年
4 聂京凯;热输入对锡银基复合钎料基体中金属间化合物形态的影响[D];北京工业大学;2008年
5 田晓峰;Fe_3Al金属间化合物硫化腐蚀的研究[D];山东大学;2005年
6 李松涛;含轻稀土的Laves相化合物的结构和磁致伸缩研究[D];河北工业大学;2005年
7 杨飚;Ti-6Al-4V与QAl10-3-1.5扩散连接工艺研究[D];吉林大学;2006年
8 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年
9 孙明新;起重机臂架受力状态模拟[D];山东大学;2005年
10 邱田金;日照港岚山港区30万吨原油码头工程潮流数值模拟及泥沙淤积分析[D];中国海洋大学;2005年
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