功率器件無鉛焊料焊接層可靠性研究.pdf

1、本文研究工作主要圍繞無鉛焊接及其可靠性展開，論文分為兩個(gè)大的部分。第一部分系統(tǒng)研究了焊接層中孔洞對(duì)熱阻和熱機(jī)械應(yīng)力的影響，以及影響孔洞形成的因素。結(jié)果表明，空洞率對(duì)熱阻影響顯著，空洞位置對(duì)熱阻的影響不大，以10％空洞為例，不同典型位置空洞導(dǎo)致熱阻的差別小于1％。當(dāng)空洞處于焊接層中央位置時(shí)，空洞率對(duì)焊接層等效塑性應(yīng)變的大小及分布影響較小。和空洞大小相比，空洞位置對(duì)焊接層內(nèi)等效塑性應(yīng)變的分布有一定的影響。 在現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)計(jì)及參數(shù)窗口內(nèi)

2、，焊料的種類，回流曲線，焊盤和器件的鍍層種類及其氧化程度和焊料高度對(duì)焊接層空洞率的影響都比較小，最大空洞率不超過5％。焊接層中空洞較大的樣品不論是空洞的生長(zhǎng)還是分層及疲勞裂紋都比空洞率較小的樣品嚴(yán)重。但是空洞率為33％-48％的試驗(yàn)樣品的壽命超過2500熱沖擊周期。這與模擬結(jié)果符合，即焊接層中的空洞率對(duì)焊接層熱機(jī)械可靠性影響較小。 論文第二部分主要探討了不同構(gòu)型下形成的金屬間化合物(Intermetalliccompound，I

3、MC)在時(shí)效及熱沖擊過程中的演變。 在125℃的高溫時(shí)效過程中，當(dāng)Cu6Sn5IMC的初始粒度較小時(shí)，Cu6Sn5IMC迅速長(zhǎng)大。當(dāng)Cu6Sn5IMC的初始粒度較大時(shí)，Cu6Sn5IMC的粒度變化不明顯。 在熱沖擊實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)器件端為Cu熱沉，PCB板上使用NiAu鍍層時(shí)，界面(Cu,Ni)6Sn5長(zhǎng)大，但整體形貌沒有明顯的變化。當(dāng)PCB板上使用HASL鍍層時(shí)，界面兩層IMCCu6Sn5和Cu3Sn的厚度同時(shí)長(zhǎng)大，形貌由貝