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随着科技水平的不断提高,人类对未知领域探索能力不断加强,深空探测已成为各国竞争的热点。相比于我国已取得相当成就的近地探测领域,严酷的深空环境对航天电子器件可靠性提出了更高的要求和挑战,与NASA针对极低温大温变条件下(-180°C~+150°C)的电子产品可靠性开展了不少于15年系统研究相比,我国在此领域研究尚处于起步阶段,严重影响了我国长寿命深空探测任务的实施,因此急需开展一系列基础研究填补空白。针对以上要求,本实验选用了航天中常用的Sn基Sn63Pb37和SAC305钎料,以及由两种钎料组装的QFP(方形扁平封装)器件作为研究对象,通过0~300周极低温大温变(-196°C~+150°C)热冲击循环后的钎料拉伸试验、引脚力学性能试验和焊点微观组织观察来分析极端环境带来的影响,从钎料到器件系统性的分析两种钎料性能差异和组织演变规律,旨在揭示钎料和焊点在极端环境下的失效机理,全面评估两种钎料的可靠性。研究结果表明:在0.001/s和0.01/s应变速率下,Sn63Pb37钎料拉伸强度比SAC305分别平均高出59.1%和48.0%,且在循环过程中前者具有更好的力学稳定性,其钎料组织也保持均匀稳定。断口SEM分析发现两种钎料断裂方式均以韧性断裂为主,但在高应变速率和高循环周期(Sn63Pb37:100~300周、SAC305:250~300周)下出现脆化倾向,属于混合型断裂。引脚力学性能测试发现,采用两种钎装组装的QFP器件,随着循环进行,其边侧引脚和中间引脚拉伸强度都呈下降趋势,但所有引脚强度均高于失效标准。整体来看,SAC305钎料引脚力学性能略优于Sn63Pb37钎料。引脚断口分析表明随着循环周期增加,两种钎料引脚的断裂方式均由韧性断裂逐渐转变为脆性断裂。引脚焊点剖面分析观察裂纹和空洞情况时发现SAC305钎料抗疲劳性能更加优异。两种钎料焊盘侧IMC形貌由扇贝状逐渐转变为层状,且SAC305钎料的界面化合物更厚,计算出的Sn63Pb37/焊盘界面和SAC305/焊盘界面的金属间化合物生长指数分别为0.3723和0.3357,属于晶界扩散方式。由于SAC305钎料与焊盘和IMC的CTE匹配性较好,因此具有较好抗疲劳性能,同时通过对比钎料上下侧IMC厚度发现ENIG(化学镀镍金)焊盘对IMC生长具有抑制作用。