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力學特性進行了研究。
　　 本文對Sn-3Ag-0.5Cu進行了不同應變率下單軸拉伸和扭轉實驗,分析結果表明Sn-3Ag-0.5Cu具有很強的率相關性,釬料的拉伸強度和剪切強度隨著應變率的增加

2、明顯增加,彈性模量和剪切模量受應變率影響不大。Sn-3Ag-0.5Cu的多軸棘輪效應實驗中,隨著剪應變率和軸向應力的增加,棘輪應變率隨著剪應變率的增加明顯增大。失效棘輪應變基本一致,與剪切應變幅值無關,失效循環(huán)圈數隨著剪應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)現彈性剪應變-疲勞壽命受載荷下降水平影響很小,而塑性剪應變-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進行了具有棘輪變形的多軸疲勞試驗,研究表明軸向應力對剪應力峰值沒有影響,軸向的棘輪應變率隨著軸向應力和剪應變幅值的增加而增加,在雙對數坐標圖中,棘輪應變率和軸向應力與剪應變幅值成線性關系。疲勞壽命隨著軸向應力和剪切應變幅的增加而降低。
　　 利用現有

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