文档介绍：中南大学
硕士学位论文
热载荷下无铅焊点的温度电阻应变特性与应力应变模拟
姓名:陈晓敏
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:蒋礼
20090531
摘要电子器件在服役条件下,由于器件内部功率损耗和外部环境温度的周期性变化,以及不同材料间的热膨胀失配,在焊点内产生周期性的应力应变循环,导致焊点高应力应变区的破坏以及整个器件的失效。因此,研究焊点材料在热载荷下的力学性能及其热循环可靠性至关重要。本文采用微电阻测量的手段,研究在热载荷条件下焊点热可靠性评估的电测方法,并进行有限元仿真。对热载荷下无铅焊点的失效机制进行综合分析,建立焊点损伤与电阻的简单关系模型,为本文研究奠定理论基础。,对单个无铅焊点分别进行高温蠕变、热循环疲劳实验,研究并在实验数据的处理过程中发现在热循环条件下电阻应变和温度存在迟滞回线,并对回线特性进行了讨论,结果表明:塑性电阻应变是引起迟滞回线的主要原因;稳定期内一个循环的最大塑性电阻应变量是。缱栌Ρ渲秃笥谖露缺浠;高温回线变化较低温更明显,二者相差唬从沉烁呶孪潞傅隳诓克鹕顺潭雀欤更剧烈;随着循环次数的增多,回线从不稳定趋向稳定最后趋向不闭合,并且回线斜率降低。利用有限元软件D夥抡媪巳妊诽跫碌ジ龊傅隳P秃投焊点模型的应力应变特性,结果表明:焊点的最大应力出现在焊点与下基板的接触面,而最小应力则出现在焊点的中间位置,反映焊点与基板的连接处是焊点的高应力区,较为脆弱,易出现裂纹;焊点的剪切应力和剪切应变随着温度循环载荷的加载也呈现出周期性变化,并随着循环次数的增加有所增大,反映了随着循环次数的增加,焊点内部的损伤在积累,并且有可逆部分和不可逆部分,其中不可逆部分是导致焊点内部应力不断增大的原因;在一个循环周期内,高应力产生在热循环的低温阶段,低应力产生在热循环的高温阶段。在高温和低温的保温阶段有明显的应力松弛,保温阶段的应力应变曲线相互平行,反映了无铅焊料的稳态蠕变特征。关键词焊点,焊点可靠性,有限元仿真,迟滞回线中南大学硕士学位论文
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堕噬丝窒签导师签名日期:—二丘年』月丑日学位论文版权使用授权书原创性声明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名:本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。
第一章绪论电子设备热技术的研究历史与现状规模开始研究电子产品的热问题是在八十年代中期。虽然国外在电子设备热设计和热测测试的研究成果相对较少;在热分析方面的研究较多,出现了各种商业热分析软件,主要解决了电子设备温度分布计算的快速性和准确性。⒐,能够快速、方便地实现热电仿真。热电⒐馍⑷绕髦鸾ハ虮曜蓟⑾盗谢ㄓ没白楹闲头矫娣⒄埂W楹鲜缴⑷绕是由同一种散热片组成的多单元散热器,采用强迫冷却方式,其特点是能充分利用风源。到了迅速发展,导热系数高,热阻小,耐压高,阻燃,无毒,有很好的经济前景。⒂捎诘缱硬泛驮F骷亩嘌裕导实娜壬杓乒ぷ髂延诳U梗扑慊ㄖ设计方面的研究基本空白,没有通用的软件系统,只是出现了某些专业的设计软件。而国内整个电子工业的发展落后于国外,电子设备的热设计、热分析、热测试技术的研究国外在热分析方面的技术己趋成熟,能够解决稳态和瞬态不同情况下的元件级、板级和环境级的热分析。热设计的研究工作也在进行,一些专业热设计软件己经出现,对电路板的优化布局技术也己趋成熟纾妹商乜薹抡娣椒ㄓ呕缏钒宀季值。一些新的测量元件和测量方法正大量涌现,例如,铂薄膜热电阻的步进插入效应以及目电子工业的迅速发展,解决电子设备的热学问题的热技术得到迅速发展。世界各电子工业发达国家都在致力于热技术的研究,目的是通过该技术提高电子产品的可靠性、寿命等等。国外在六十年代开始电子设备热分析、热设计及热测量方面的研究工作,大量方面技术开展较早,如美国早在七十年代就颁布了可靠性热设计手册,但热设计、,解决办法用电仿真器直接进行热计算,通过虚拟的网络和可控电流源将元件三维