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随着表面组装技术(SMT)的迅速发展及无铅钎料研究进程的加快,无铅钎料焊点的可靠性已成为近年来微连接领域关注的热点之一。迄今为止,人们主要研究基于有限元法的SnPb焊点可靠性,而有关SnAgCuRE系无铅钎料焊点可靠性的研究还鲜见报道。开展相关方面的研究,对我国独具特色无铅钎料的研制及提高电子产品的质量有十分重要的意义。为此,本文基于SnAgCuRE系无铅钎料力学性能试验检测,以片式电容RC1206为研究对象,以传统的Sn37Pb和现行商用Sn3.8Ag0.7Cu钎料焊点为参照系,采用有限元分析和试验验证相结合的研究方法,研究了SnAgCuRE系钎料表面组装焊点的可靠性。
研究结果表明,构建的RC1206元件SnAgCuRE系钎料焊点形态模型能够较好的反映其真实形态,且提取焊点形态表面轮廓线曲率与预测结果有较好的吻合性。对焊点内部的应力应变研究结果表明,在周期性热循环条件下,SnAgCuRE系钎料焊点内部的应力应变也呈周期性变化,高应力出现在热循环的低温阶段;在整个加载过程中,处于元件与基板间隙内的钎料层始终处于高应力应变状态,是焊点的薄弱部位。与参照系对比发现,SnAgCuRE系钎料焊点较相同条件下的Sn37Pb和Sn3.8Ag0.7Cu焊点,其焊点内部无明显的应力集中,具有较高的热疲劳寿命。优化焊点形态和环境服役参数是提高焊点可靠性的重要途径。圆角形态为平直类时,SnAgCuRE系钎料焊点内部等效应力值较小,焊点热疲劳寿命较高;随着元件与基板的高度间隙的增大,焊点内部的应力集中得到明显改善,当间隙高度为0.2mm时,焊点具有最高的热疲劳寿命。服役环境的升降温速率较低时,SnAgCuRE系钎料焊点的塑性变形较小,焊点热疲劳寿命较高。对SnAgCuRE钎焊接头的蠕变断裂寿命预测和试验表明,该钎料中的微量稀土可显著提高钎料的抗蠕变能力,稀土最佳添加量为0.1wt%。