基于納米壓痕法的無鉛BGA焊點力學性能及其尺寸效應研究.pdf

1、隨著微電子封裝焊點尺寸的微型化，微連接尺寸效應對焊點的本構方程產生不可忽視的影響。本文采用納米壓痕測量技術直接對微電子封裝BGA焊點的本構方程進行了研究，并與拉伸試樣結果進行對比，從而對焊點本構方程的尺寸效應進行系統(tǒng)的研究。
　　對鑄態(tài) Sn-37Pb共晶和Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛釬料標準拉伸試樣進行納米壓痕測試所得到的力學性能參數(shù)—彈性模量及蠕變應力指數(shù)，與標準拉伸試樣進行拉伸蠕變測試的結果完全一致，表明了納米壓痕技術在

2、研究釬料合金力學性能參數(shù)上的可靠性和可行性。為釬料合金力學性能的測試提供了一種新的手段。
　　壓痕測試的初步結果發(fā)現(xiàn)釬料合金和微電子封裝BGA焊點的本構方程都具有明顯的尺寸效應，從而豐富了微連接的定義。焊點的尺寸效應表明，采用基于傳統(tǒng)標準拉伸試樣拉伸蠕變測試所得到的本構方程不能對微電子封裝焊點作出準確的評價?；谖㈦娮臃庋b焊點的直接測試，納米壓痕技術可以得到包含焊點尺寸效應的本構方程，為焊點可靠性更準確的研究提供了一種新的思路。<

3、br>　　基于納米壓痕測試的焊點本構方程與基于拉伸蠕變測試的鑄態(tài)標準拉伸試樣本構方程間可以通過彈性模量KE、蠕變應力指數(shù)Kn和蠕變激活能尺寸效應因子KΔH建立起聯(lián)系。K>1或K<1分別反映焊點力學性能參數(shù)由于尺寸效應的關系是增強或弱化。
　　依據(jù)Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛釬料微電子封裝BGA焊點與拉伸試樣鑄態(tài)體釬料的組織特征，提出了焊點本構方程尺寸效應的尺寸拘束與組織拘束的應變梯度塑性機制。BGA焊點尺寸為微米數(shù)量級，與釬料

4、合金內稟特征長度尺度處于同一數(shù)量級，壓痕變形過程中啟動了釬料合金內稟特征長度尺寸，導致焊點的尺寸效應。同時，組織拘束導致Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛微電子封裝BGA焊點的組織得到明顯細化，由于彌散分布的金屬間化合物顆粒相及富Sn相與共晶相晶粒邊界滑移的不匹配性而出現(xiàn)應變梯度，應變梯度產生幾何必須位錯，由Orowan顆粒強化和Hall-Petch效應細晶強化阻礙幾何必須位錯的運動，從而導致尺寸效應。
　　鑒于Sn-3.0Ag-0

5、.5Cu無鉛微電子封裝BGA焊點界面金屬間化合物對焊點尺寸效應的影響，采用納米壓痕技術研究了金屬間化合物的變形機制及其力學性能。同是Cu-Sn金屬間化合物相，Cu6Sn5和Cu3Sn有著不同的變形機制：Cu6Sn5呈非連續(xù)性的塑性變形，而Cu3Sn為連續(xù)性的塑性變形。這也不同于于微電子封裝BGA焊點內Sn-Ag-Cu釬料合金的蠕變變形特征。非連續(xù)性的塑性變形在壓痕的載荷－位移曲線上表現(xiàn)為鋸齒流變形為，壓痕深度隨壓痕加載呈漸進式的突進。C