基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能

采用纳米压痕技术对微电子封装中无铅焊点内界面化合物(IMC) Cu6Sn5的弹性模量和硬度进行了测试.根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)确定IMC的形貌和化学成分;利用连续刚度测量(CSM)技术,采用不同的加载速率对无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)内的界面化合物Cu6Sn5进行测量,得到载荷、硬度和弹性模量-位移曲线.根据纳米压痕结果确定Cu6Sn5的蠕变应力指数.     

Sn-Ag3.0-Cu0.5/Cu金属间化合物生长行为及其对PBGA焊点热疲劳可靠性的影响

利用SMT全自动回流焊机和高温恒温试验箱,制备出经2次回流焊且不同时效处理时间的Sn-Ag3.0-Cu0.5/Cu焊点试件,对其金属间化合物（IMC）的厚度进行测量,发现其厚度的增长与时效时间的平方根近似成线性关系。采用统一粘塑性Anand本构模型来描述焊点的力学性能,运用有限元计算软件ANSYS对PBGA构件进行热循环模拟,对其在不同IMC厚度下的应力和应变响应进行分析。结果表明,芯片右下方焊点右上角热循环结束后累积的等效塑性应变最大,是整个PBGA构件的关键焊点;随着IMC厚度的增加,关键焊点热循环过程中的等效应力水平不断降低,相应剪切塑性应变范围Δγ不断增大,热疲劳寿命Nf则不断降低;升温和高温保温过程中剪切塑性应变的增加量构成了剪切塑性应变范围Δγ,且不同IMC厚度下升温段剪切塑性应变增加量占Δγ的比例基本维持在95%左右     

无铅焊料Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面过渡层金属间化合物性能研究

根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)确定IMC的形貌厚度和化学成分;根据W.C.Olive算法,利用连续刚度测量(CSM)技术,实现了IMC层、焊料和Cu的弹性模量、硬度随压痕深度变化的连续测量,得到IMC层材料的硬度和弹性模量分别为(5.2±0.2)GPa和(104.51±2.62)GPa。根据纳米压痕结果,焊料、Cu和IMC蠕变应力指数从小到大分别为15.129、61.463和70.27。     

基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能

采用纳米压痕技术对微电子封装中无铅焊点内界面化合物（IMC）Cu₆Sn₅的弹性模量和硬度进行了测试。根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜（SEM）和能量色散X射线荧光光谱仪（EDX）确定IMC的形貌和化学成分;利用连续刚度测量（CSM）技术,采用不同的加载速率对无铅焊点（Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag）内的界面化合物Cu₆Sn₅进行测量,得到载荷、硬度和弹性模量-位移曲线。根据纳米压痕结果确定Cu₆Sn₅的蠕变应力指数。     

纳米压痕法分析无铅焊点内界面金属化合物的力学性能

根据实际工艺流程和服役工况制备了微电子封装中3种无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)内界面金属化合物(IMC)的试样;利用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)对所制IMC的形貌和化学成分进行了分析;另外,借助纳米压痕仪,采用连续刚度测量(CSM)技术在不同的加载速率下对所制IMC的弹性模量和硬度进行了测量。结果表明,3种无铅焊点内的IMC均为Cu6Sn5,其弹性模量分别为98.93±3.37,113.55±4.58和(102.16±3.11)GPa,硬度分别为5.18±0.14,5.78±0.11和(5.55±0.19)GPa。     

聚氨酯弹性体静动态加载条件下力学性能的研究

利用Instron5544和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对浇注成型的聚氨酯(PU)弹性体进行准静态和动态加载条件下的单轴压缩实验,得到材料的应力应变曲线。从实验曲线可知,PU弹性体为应变率敏感材料,且相较于准静态加载条件,动态载荷应变率效应更加显著。通过对多种超弹性本构方程的对比分析,探讨了应变能密度函数形式与实验曲线形状之间的关系。采用拟合度高且参数较少的"三项式"形式的应变能密度函数分别对各应变率下的实验曲线进行拟合,进而得到了PU弹性体应变率相关的本构模型。     

纳米压痕技术及其在薄膜/涂层体系中的应用

综述了纳米压痕技术的发展历程及其在薄膜领域的应用。介绍了当前实验室条件下主要采用的电磁驱动式纳米压痕仪的构造和工作过程。为了保证测试结果的准确性,要在合适的温度、湿度下进行压入实验,借助保载来消除一些可以避免的误差。阐述了压头的分类和选择原则,玻氏压头相比于维氏压头具有更小的中心线与棱面夹角,避免了尖端横刃对于压入结果准确性的影响,因此最常用的压头为玻氏压头;表征断裂韧性最合适的压头为立方角压头;表征微机电系统的弯曲采用楔形压头。总结了通过最大载荷和压入面积得到涂层力学参量的分析流程。归纳了将纳米压痕法应用于表征薄膜涂层的硬度和弹性模量、室温下蠕变性能、断裂韧性、残余应力、塑性性能等力学量的研究,如表征硬度和弹性模量的Oliver-Pharr法的应用,识别蠕变柔量的Lee-Radok模型的应用,分析断裂韧性的Lawn-Evans-Marshall模型的应用。在涂层制备过程中,制备参数的改变可以使得涂层具有不同的力学性能,涂层厚度远小于表面尺寸,硬度和弹性模量仍然存在各向异性,非晶态结构涂层具有更高的硬度和弹性模量。采用碳纳米管强化可以提高涂层的断裂韧性,涂层内存在适量的残余应力数值和合...     

基于纳米压入法Ti-13Mo-8Cr-6Sn-5Nb钛合金的应变率敏感性研究

采用纳米压入法对钛合金室温应变率敏感性进行研究。通过控制加载阶段不同应变率达到最大压入深度,基于连续刚度测量原理,研究硬度及弹性模量的应变率敏感性,并观察压入应变率对于保载阶段材料蠕变位移的影响。结果表明,钛合金硬度表现出应变率敏感性,弹性模量对应变率不敏感。压痕保载阶段主要为位错运动主导的蠕变形式,蠕变应力指数随加载应变率增大而降低。     

单轴拉伸确定粘弹性材料瞬时模量的测试方法

对尼龙12材料分别进行单轴拉伸蠕变和率跳动测试,用以得到拉伸蠕变柔量和率跳动前后对应的应力-应变响应关系,进而获得各测试条件下对应的瞬时模量。基于弹簧粘壶组合本构模型的拉伸蠕变测试方法仅适用于线性粘弹性材料,率跳动测试方式则可适用于非线性粘弹性材料。结果表明,2种方法得到的瞬时模量值相近,而相对于率跳动直接测量粘弹性材料瞬时模量方法,拉伸蠕变间接测定的方法更为高效准确。     

纳米压入法研究无铅焊料应变率敏感性

采用纳米压入法对Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu及Sn-3.5Ag无铅焊料的室温应变率敏感性进行研究。相同压深下,压入载荷随着加载应变率的提高而增大;3种焊料的接触刚度均随压深近似线性增加,不同应变率下弹性模量基本不变;硬度随着应变率的增加而增大,表明了无铅焊料的塑性应变率强化性。保载阶段蠕变位移随加载段应变率的增加而增大,蠕变应变率先急剧下降然后趋于稳定。通过系统研究应变率对3种常用无铅焊料力学性能的影响,为评价无铅焊点的服役可靠性提供参考。