無鉛釬料的純扭疲勞和多軸棘輪疲勞研究.pdf

1、由于錫鉛釬料對人體健康和環(huán)境造成的危害,無鉛釬料取代錫鉛釬料成為電子封裝發(fā)展的必然趨勢。本文選用Sn-0.7Cu和Sn-3Ag-0.5Cu兩種目前使用非常廣泛,也是十分具發(fā)展前景的無鉛釬料作為研究對象,對上述兩種釬料在單軸和多軸加載下的相關(guān)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。
　　 本文對Sn-3Ag-0.5Cu進(jìn)行了不同應(yīng)變率下單軸拉伸和扭轉(zhuǎn)實驗,分析結(jié)果表明Sn-3Ag-0.5Cu具有很強的率相關(guān)性,釬料的拉伸強度和剪切強度隨著應(yīng)變率的增加

2、明顯增加,彈性模量和剪切模量受應(yīng)變率影響不大。Sn-3Ag-0.5Cu的多軸棘輪效應(yīng)實驗中,隨著剪應(yīng)變率和軸向應(yīng)力的增加,棘輪應(yīng)變率隨著剪應(yīng)變率的增加明顯增大。失效棘輪應(yīng)變基本一致,與剪切應(yīng)變幅值無關(guān),失效循環(huán)圈數(shù)隨著剪應(yīng)變幅值的增加而減小。對Sn-3Ag-0.5Cu和Sn-0.7Cu兩種釬料的純扭疲勞試驗,研究發(fā)現(xiàn)彈性剪應(yīng)變-疲勞壽命受載荷下降水平影響很小,而塑性剪應(yīng)變-疲勞壽命受載荷下降水平的影響十分明顯。在較大的剪應(yīng)變幅值下Sn-

3、3Ag-0.SCu和Sn-0.7Cu的疲勞壽命都很短且相差不大,在剪應(yīng)力幅值較小時,Sn-3Ag-0.5Cu的疲勞壽命明顯大于Sn-0.7Cu。此外,本文還對Sn-3Ag-0.5Cu進(jìn)行了具有棘輪變形的多軸疲勞試驗,研究表明軸向應(yīng)力對剪應(yīng)力峰值沒有影響,軸向的棘輪應(yīng)變率隨著軸向應(yīng)力和剪應(yīng)變幅值的增加而增加,在雙對數(shù)坐標(biāo)圖中,棘輪應(yīng)變率和軸向應(yīng)力與剪應(yīng)變幅值成線性關(guān)系。疲勞壽命隨著軸向應(yīng)力和剪切應(yīng)變幅的增加而降低。
　　 利用現(xiàn)有

4、的多軸低周疲勞壽命預(yù)測方法對Sn-3Ag-0.5Cu進(jìn)行多軸疲勞壽命預(yù)測。等效應(yīng)變法沒有考慮軸向應(yīng)力的影響,結(jié)果偏于危險。臨界面法中的KBM模型對于超過1000的疲勞壽命預(yù)測誤差較大,WB模型考慮了法向正應(yīng)變的影響,但是對大部分試驗給出了偏于危險的預(yù)測結(jié)果。能量法預(yù)測采用了CHX模型,預(yù)測結(jié)果也不理想?？紤]棘輪效應(yīng)的疲勞壽命方法中采用Coffin模型,預(yù)測誤差隨軸向力增加變大,最大預(yù)測偏差達(dá)到10倍。Gao-Chen模型以最大剪應(yīng)變和軸