基于納米壓痕法的無鉛BGA焊點(diǎn)力學(xué)性能及其尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、隨著微電子封裝焊點(diǎn)尺寸的微型化，微連接尺寸效應(yīng)對焊點(diǎn)的本構(gòu)方程產(chǎn)生不可忽視的影響。本文采用納米壓痕測量技術(shù)直接對微電子封裝BGA焊點(diǎn)的本構(gòu)方程進(jìn)行了研究，并與拉伸試樣結(jié)果進(jìn)行對比，從而對焊點(diǎn)本構(gòu)方程的尺寸效應(yīng)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進(jìn)行納米壓痕測試所得到的力學(xué)性能參數(shù)—彈性模量及蠕變應(yīng)力指數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進(jìn)行拉伸蠕變測試的結(jié)果完全一致，表明了納米壓痕技術(shù)在

2、研究釬料合金力學(xué)性能參數(shù)上的可靠性和可行性。為釬料合金力學(xué)性能的測試提供了一種新的手段。
　　壓痕測試的初步結(jié)果發(fā)現(xiàn)釬料合金和微電子封裝BGA焊點(diǎn)的本構(gòu)方程都具有明顯的尺寸效應(yīng)，從而豐富了微連接的定義。焊點(diǎn)的尺寸效應(yīng)表明，采用基于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣拉伸蠕變測試所得到的本構(gòu)方程不能對微電子封裝焊點(diǎn)作出準(zhǔn)確的評價(jià)?；谖㈦娮臃庋b焊點(diǎn)的直接測試，納米壓痕技術(shù)可以得到包含焊點(diǎn)尺寸效應(yīng)的本構(gòu)方程，為焊點(diǎn)可靠性更準(zhǔn)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(diǎn)本構(gòu)方程與基于拉伸蠕變測試的鑄態(tài)標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣本構(gòu)方程間可以通過彈性模量KE、蠕變應(yīng)力指數(shù)Kn和蠕變激活能尺寸效應(yīng)因子KΔH建立起聯(lián)系。K>1或K<1分別反映焊點(diǎn)力學(xué)性能參數(shù)由于尺寸效應(yīng)的關(guān)系是增強(qiáng)或弱化。
　　依據(jù)Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛釬料微電子封裝BGA焊點(diǎn)與拉伸試樣鑄態(tài)體釬料的組織特征，提出了焊點(diǎn)本構(gòu)方程尺寸效應(yīng)的尺寸拘束與組織拘束的應(yīng)變梯度塑性機(jī)制。BGA焊點(diǎn)尺寸為微米數(shù)量級，與釬料

4、合金內(nèi)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(nèi)稟特征長度尺寸，導(dǎo)致焊點(diǎn)的尺寸效應(yīng)。同時(shí)，組織拘束導(dǎo)致Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛微電子封裝BGA焊點(diǎn)的組織得到明顯細(xì)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(yīng)變梯度，應(yīng)變梯度產(chǎn)生幾何必須位錯(cuò)，由Orowan顆粒強(qiáng)化和Hall-Petch效應(yīng)細(xì)晶強(qiáng)化阻礙幾何必須位錯(cuò)的運(yùn)動，從而導(dǎo)致尺寸效應(yīng)。
　　鑒于Sn-3.0Ag-0

5、.5Cu無鉛微電子封裝BGA焊點(diǎn)界面金屬間化合物對焊點(diǎn)尺寸效應(yīng)的影響，采用納米壓痕技術(shù)研究了金屬間化合物的變形機(jī)制及其力學(xué)性能。同是Cu-Sn金屬間化合物相，Cu6Sn5和Cu3Sn有著不同的變形機(jī)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(diǎn)內(nèi)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(jìn)式的突進(jìn)。C