电-热-力耦合载荷下非均匀组织Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点拉伸力学性能研究
作者:李望云; 李兴民; 汪健; 梁泾洋; 秦红波
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电子封装微焊点通常在电、热、力等载荷的共同作用下使用,具有明显的不均匀结构特征。研究了电子封装结构不均匀的线型Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在电热-机械耦合载荷作用下,电流密度和温度对其拉伸力学性能和尺寸效应的影响。结果表明,在较低温度和较低电流密度下,随着焊点高度的降低,Aristole基板对焊点的机械约束增大,焊点的抗拉强度增大,焊点体发生断裂,呈现韧性断裂,这与室温无电流下的力学行为和断裂模式一致。由于焊料中Sn相和相电流相的密度分布不均匀而导致的局部电流拥挤显著增加了两相之间的温度梯度。因此,热膨胀系数差异引起的应变失配和界面应力增加,导致焊点的强度低于室温无电流加载下的强度。随着温度和电流密度的增加,Sn相与Bi相界面、焊料与IMC层界面的应变失配和界面应力增加,导致焊点抗拉强度进一步降低。同时,断裂位置逐渐从钎料基转移到焊料与IMC层的界面,断裂方式由韧性断裂转变为韧脆混合断裂。