第33卷第9期 2012年9月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTTTUTION
Vol.33No.9 September 2012
基于纳米压痕法的无铅BGA焊点的循环力学行为
刘美娜，王丽凤，吕烨，戴洪斌（哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨150040）
摘要：采用纳米压痕法通过循环加载卸载方式研究了最大载荷、循环次数及保载时间对Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu2种钎料BGA焊点循环性能的影响.结果表明，Sn-Ag-Cu系无铅BGA焊点的循环性能具有很大的载荷依赖性，随着最大载荷的增加，BGA焊点的损伤累积增加且前几周循环中损伤累积很大，其后逐渐减小并趋于稳定：循环次数增加，使BGA焊点抵抗变形的能力稍有降低；保载时间增加，蝎变位移不断增加，端变和劳其同作用会加速焊点失数：Sn-0.3Ag-0.7Cu针料BGA焊点的能量损耗大于Sn-3.0Ag-0.5Cu纤料BCA焊点
关键词：无铅钎料；循环加载卸载：纳米压入法；蜗变
中图分类号：TC425.1 0序言
文献标识码：A文章编号：0253-360X(2012)09-0069-04
刘美娜
的代表意义.为此文中采用循环加载卸载方式的纳米压痕法研究Sn-Ag-Cu不同钎料再流焊BGA焊点
随着微电子封装的高速发展，焊点尺寸越来超小，而所需承载的力学、电和热学负荷越来越重，对钎焊的性能要求也不断提高12)，电子封装件中使用的材料种类较多、性能各异，由于封装材料间的线膨胀系数不匹配，在温度波动时焊点将产生循环的应力或应变，并最终由于疲劳裂纹的产生和扩展而失效
近年来，国内学者在钎料的力学性能方面进行了大量研究，为提高焊点的可靠性费定了试验和理论基础，大多循环试验是在多轴疲劳试验机上进行的，应变由引伸计测出，面焊料硬度很低，引伸计的顶针对试件表面会造成损伤而影响试验精度，纳米压痕测试可以很好地解决以上问题，通过在纳米层次上进行精细的压痕试验研究可以获得重要的材料性能指标。纳米压痕试验可连续记录压痕载荷F和压入位移h，从面得到F-h曲线，根据物理反分析法提取钎料力学信息进而确定其力学性能参数[3.4]，目前虽然对多种工程材料的循环塑性研究已取得了很大进展，但是到目前为止国内对无铅 BGA（ballgridarray）焊点循环性能的研究还未见报道.对无铅Sn-Ag-Cu针料再流焊BGA焊点循环性能的研究对于提高电子封装器件的可靠性具有典型
收稿日期：2011-07-18
基金项目：河南省教育厅科技攻关资助项目（2100B430027）；新型钎
焊材料国家重点实验室开放课题（SKLABFMT201003）
万方数据
的循环行为，通过对Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag 0.7Cu两种钎料BGA焊点的试验，研究了最大载荷、循环次数及保载时间对Sn-Ag-Cu无铅BGA焊
点循环行为的影响 1试验方法
试验采用高频感应加热法多次熔炼的Sn-3.0 Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料，采用装有丙三醇的电炉增，加热到280℃制备直径为900μm 的BGA焊球
将超声波清洗后的BGA焊球置于涂有无铅助焊膏的PCB板的铜焊盘上，放人R340C型回流焊机内进行焊接，金相试样采用冷镶嵌，将精磨后的试样在抛光机上用0.5um颗粒金刚石抛光剂进行抛光，抛光过程中不断用金相显微镜观察，直到试样表面符合标准为止，试样高度为5mm
试验采用日本岛津公司生产的DUH-211S超显微动态硬度仪，该设备具备纳米压痕试验所需的功能.系统的载荷分辨率为0.1μN,位移分辨率为 0.1nm.采用金刚石Berkovich型压头，试验温度为 25℃，试验分为3种方式来进行，分别分析了最大载荷、循环次数及保载时间对循环性能的影响．（1）循环次数为15周次，保载时间为2s，最大载荷分别为25，50，100，200mN：（2）最大载荷为25mN，保载时间为2s循环次数分别为1,5，15,25周次；（3）最