加载速率对SAC系列焊点蠕变性能影响的研究
加载速率对SAC系列焊点蠕变性能影响的研究
【摘 要】随着微电子封装技术的不断发展，焊点的
形式以及焊点所用无铅钎料的种类愈发繁多，从而使得对焊 点力学性能的考察尤为重要。在所有对焊点性能的考察中抗 蠕变性能是一项重要的考察项目，本篇文章通过实验和有限 元数值模拟两种方法加载速率对焊点抗蠕变性能的影响。对
SAC系列钎料焊点进行纳米压痕实验及模拟， 获得载荷-深度 曲线、时间-深度曲线， 以及时间 -蠕变速率曲线。 结果表明： 蠕变的速率并不是恒定的，随着加载速率的增大，钎料的蠕 变程度以及蠕变速率依次增大， 并逐渐减小， 最终趋近于零。
关键词】蠕变；纳米压痕；有限元模拟；焊点；加载
速率
0 序言 电子器件服役时，相对于服役的环境温度，焊料自身熔
点较低，随着时间的延续，产生明显的焊点蠕变损伤。由于 蠕变性能对于高温材料的使用至关重要，是影响焊点失效行
为及焊点可靠性的重要因素。因此，研究材料的蠕变性能是
但在实际测量中，对于微电子封装焊点这类本身体积很
小的测量件，由于钎料属于软金属，并且在加工钎焊后会产
生明显的尺寸效应，各种性能受尺寸的影响明显不同于传统 焊接。所以对于微电子封装焊点只能通过纳米压痕蠕变来获 得其蠕变性能参数。
在过往研究中，已有过研究剪切力大小、饱载时间、加
载方式对焊点蠕变性能的影响；而本文借助纳米压痕仪及先 微电子封装焊接研究中 个重要的部分 [1-3]。 进的有限元计算机模拟软件对 SAC系列钎料（Sn-3Ag-0.5Cu
Sn-0.3Ag-0.7Cu Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La）焊点进行一次加载
卸载纳米压痕实验、模拟，得到载荷 -深度曲线 （ load-depth
曲线），通过对实验数据的分析获得焊点蠕变程度及蠕变速 率在加载速率影响下的变化规律。
1 纳米压痕及有限元分析理论
1.1 纳米压痕法 纳米压痕法主要通过测量加载、卸载过程中压头作用力
与载荷深度得到的加卸载曲线来获得样品的硬度与弹性模 量等力学性能参数。进行纳米压痕测试时压头需垂直于样品 被压面，等压头接触试样表面后开始加载，直至加载到最大 值后再缓慢卸载，实时检测压头压入位移随载荷的变化。测 试的结果是一组载荷 -位移曲线， 通过对 load-depth 曲线进行 物理反解析计算能获得材料的弹性模量、硬度及蠕变应变速 率敏感指数等力学性能参数。
般来说，纳米压痕仪用于测量硬度 H和弹性模量E是
两个钎料的基本力学参数，它们对于研究一种钎料的力学性 能起到了很重要的作用。纳米压痕法测量材料的 H和E的基
本公式为：
是由力-位移曲线中的最大应力点 Fmax沿着卸载曲线开始向
引切线，与横坐标轴的交点。
本实验利用纳米压痕仪中队压痕位移深度的精确测量
及纳米压痕技术中所采用的计算公式（式 3）来分析焊点在
受压后保载时间内发生的蠕变。
图 1 为一条典型的纳米压痕测量出来的材料蠕变特征的
loading-depth 曲线，最大载荷处停留的一段时间内所产生的 压入深度 h
与时间 t 的关系曲线反映了该材料的蠕变特征。
1.2 有限元模拟技术 有限元的基本原理是将求解未知场变量的连续介质体
划分为有限个单元，单元用节点连接，每个单元内用插值函 数表示场变量，插值函数由节点值确定，单元之间的作用由 节点传递，建立物理方程。将全部单元的插值函数集合成整 体场变量的方程组，然后进行数值计算。数值分析在对理解 材料在微纳米尺度或微纳米表层的力学性能的问题中体现 出了突出的优势 [4] 。
所以现在国内外对封装体系热应力与机械应力失效的
分析和预测，主要采用有限元分析方法 [5-7] 。有限元方法已 经成为求解实际工程问题的一种重要手段，并且逐步开发相
应的有限元软件，女n ANSYS MARC和ABAQUS等，具有处
理几何非线性、材料非线性和包括接触非线性在内的边界条 件非线性以及组合的高度非线性的超强能力；可以处理各种 结构的静力学、动力学（包括模态分析、瞬态响应分析、简 谐响应分析、谐响应分析）问题、温度场分析以及其他多物 理场耦合问题；同时拥有高数值稳定性、高精度和快速收敛 的高度非线性问题求解技术。 式中：£取决于压头几何形状，三棱锥压头 =3/4 ；hr 2 研究步骤
2.1 实验
1）采用感应加热的方法，制备出 Sn-3Ag-0.5Cu，
Sn-0.3Ag-0.7Cu Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La 三种钎料。
（2）采用装有丙三醇的电炉坩埚，加热到 280 ° C制备
直径为900卩m的BGA焊球。
3）将超声波清洗后的焊球在助焊剂的作用下回流焊
接在铜基板上，形成回流 BGA焊点。
（4）将回流 BGA焊点依次使用 80#、600#、1200#、2000#
砂纸在低速金相抛光机上进行打磨及抛光，直至露出焊点， 并保证焊点截面处无划痕，获得金相压痕试样如图
5）利用纳米压痕仪采用一次加载 -卸载方式并配有多
种加载速率对三种钎料制成的焊点进行蠕变性能测试，来研 究加载速率对焊点蠕变性能的影响。
2.2 模拟 三维模型的自由度高于二维的一个数量级以上，这将导
致三维模型中积累的数据误差对模拟的结果存在很大的影 响[8] ；其次，三维中模拟结果可能与网格的划分存在很大相 关性 [9]。
为了简化分析，在模拟时压针被简化为顶角半角 a
=70.3°
的圆锥刚体，因此横截面面积和深度的比例与 Berkovich 压
和Vickers压针是相同的。为了获得更好的模拟结果， 拟中模型的尺寸均采用实验样品的真实大小，利用二维有限 元模型模拟BGA单个焊点组件的几何尺寸为压头（金刚石）： 半径 0.037mm ,高度 0.015mm ; PCB基板（FR4）: 1.27 X 1.27
X 0.36mm ;焊盘（Cu）:直径 0.86mm，高度 0.025mm ; IMC
（Cu6Sn5）:直径 0.54mm，高度 0.002mm;焊点
（Sn3.0Ag0.5Cu）:直径 0.9mm，高度 0.72mm，各组件的物
用反分析测试原理并结合数值模拟方法，建立了微小无铅焊 点压痕实验中载荷 -位移关系曲线与其弹塑性材料参数之间
的联系，并以幕指数本构方程的形式表征 Sn3.0Ag0.5Cu无铅
钎料的的塑性性能 [10]，如式（ 4）所示。
为了简化造型及缩短模拟时间，可考虑模型为 x 轴对称
结构，取模型 1/2 进行分析，同时忽略了摩擦的影响，认为 各组件工艺质量良好无缺陷，焊点在整个分析过程中受到均 匀的载荷， 并对组件的初始状态做理想处理 （无应力状态） 。
建立的BGA单个焊点的二维模型如图 3所示。
3 实验结果及分析 本次研究采用一次加载 -卸载的方式， 最大载荷为
200mN ；
加载速度分别为 5mN/s ， 10mN/s ，20mN/s，50mN/s ；在最 大载荷处本模
理参数如表 1 所示。 在纳米压痕实验的基础上，利 保载180s。压痕测试过程中，为了避免相邻的两个 压痕应力场的相互影响而导致数据准确度下降，即为了避免 边界效应，相邻压痕之间需保持 3 倍于压痕尺寸大小距离
[11] ，如图 4。
3.1 蠕变过程分析 选取Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La/Cu焊点进行压痕试验后得实
验数据进行分析，在最大载荷为 200mN，保载时间为180s，
加载间隔为0.15s的实验条件下，利用 Origin软件绘制在保
载时间内， 三种焊点在 5mN/s 的加载速度下的蠕变加速度变 化情况，如图
5 所示。
对利用有限元软件建立的 SAC305焊点模型进行同一实
验参数的模拟， 同样采用一次加载 -卸载的方式， 最大载荷为
200mN ;加载速度为5mN/s，在最大载荷处保载 180s。可以
清晰的看出在保载时间内压痕深度随着时间的延长不断加 深，即产生了较为明显的蠕变，如图 6。再通过对模拟结果
进行逆向分析可得在模拟条件下的 SAC305焊点压痕蠕变速
率-速度曲线，如图 7。
由图 5 及图 7 可知，在保载时长内，蠕变速度在蠕变发
之后很长的一段时间内，蠕变速度无限接近于 0，这表明钎
料蠕变速度最大点发生在其刚产生蠕变时，之后蠕变趋近于 不在发生，即速度接近于 0。同样，可发现在 10mN/s、20mN/s 、
50mN/s 也有相同的规律。这一现象表明了钎料的蠕变过程 是一个明显的变速过程。这是由于钎料焊点在不同应力载荷 的作用下将会发生蠕变激活过程，导致位错滑移和攀移，以 及晶界滑移的速率不同，这个过程同时伴随着热扩散过程的 不均匀性，最终导致钎料焊点蠕变速度在不同应力载荷下产 生不同的的蠕变速度且这个过程是不匀速的。
3.2 蠕变量分析
在这部分，实验过程中选取三类焊点分别在 5mN/s ，
10mN/s ，20mN/s 和 50mN/s 的加载速度下的蠕变深度变化数 据，利用
Origin 软件绘制出钎料蠕变深度与时间的关系曲线
以相同的参数添加入之前所建立的有限元焊点模型，在
相同的加载条件下进行数值模拟。同上一节一样对所得到的 数据值进行选取、 采集。在此基础上利用作图软件进行绘图。
获得载荷 -蠕变量曲线如图 9。
变量的最大值越高。而从有限元模型（图 9）可以发现越高
的加载速率实验值所产生的蠕变量越大，即从图上所表现出
来的当载荷达到最大值并保载过程中，蠕变量所形成的的平 行于 x 轴的横线长度随着加载速率的增大而由短变长。这表 明钎料的蠕变变形量随着加载速度的增加而呈现非线性加 大的趋势，焊点的蠕变程度与加载速度有关，随着加载速率 的增大，钎料的蠕变深度也依次增加。
这是由于加载速率越大，达到最大载荷的时间越短，材
料依赖时间的变形就越小，则积累的塑性变形能就越大，在 饱载弹性能释放，转变为较大的蠕变变形量 [9] 。 生时达到最大，经过一个较短时间，蠕变速度便趋向于 0，
图，采用 S 曲线拟合，所得出的曲线如图 8 所示。
由图中 8 可以直观的看出，焊点所受加载速率越大则蠕
梨果实蠕变基本流变特性研究
《现代食品科技》 Ｍｏｄｅｒｎ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．４（总９０）
文章篇号：１ ００７－２７６４（２００６）０４—００４６—０１ ４
梨果实蠕变基本流变特性研究
张谦益，吴洪华 （河南双汇集团技术中心，河南漯河４６２ ００ ３） 摘要：应用ＴＡ—ＸＴ２ｉ质地分析仪对梨果实进行蠕变测试，结果表明，蠕变试验条件对蠕变变形量的影响是载荷大于蠕变时问，
载荷越大，蠕变时问越长，蠕变变形量越大，越容易发生损伤。 关键词：梨：流变特性；蠕变试验
Ｔｈｅ Ｃｒｅｅｐ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｅａｒ
Ｚｈａｎｇ Ｑｉａｎ－ｙｉ．Ｗｕ Ｈｏｎｇ—ｈｕａ
（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｈｉｎｅｗａｙ Ｇｒｏｕｐ，Ｌｕｏｈｅ ４６２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｍｅｐ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｅａｒ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＴＡ—ＸＴ２ｉ ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎａｌｙｚｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｌｏａｄ ａｎｄ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｗａｓ，ｔｈｅ
ｍｏｒｅ ｔｈｅ“Ｃｒｅｅｐ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ”ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｌｅ ｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ ｗｅｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｅａｒ；Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；Ｃｒｅｅｐ ｔｅｓｔ
目前水果品质的评定主要是以视觉和口感等感官
评定的方法或通过化学方法测定其辛要成分。感官品 质评价结果颇受人的主观因素影响，而且无法精确、
SAC级配检验及调整的初步研究
２００７年２月 石油沥青ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＡＳＰＨＡＬＴ 第２１卷第１期
ＳＡＣ级配检验及调整的初步研究
许志鸿 邱颖峰 梁亚军
１同济大学交通运输工程学院（上海２０００９２） ２中国石化上海沥青销售分公司（上海２０００５０）
摘要 能否有效地检验ＳＡＣ（多碎石沥青混凝土）级配是否形成骨架密实结构或是处于 哪种骨架结构状态（悬浮、一般、紧密）是ＳＡＣ级配设计方法的关键所在。通过具体实例的 分析与计算，对ＳＡＣ级配设计方法中所提及的两种对混合料骨架形成的检验方法进行了初步 的研究。并以ＳＡＣ２５—１为例讲述了当级配未形成骨架结构时应如何调整。 关键词沥青混凝土ＳＡＣ级配设计检验调整
自１９８８年我国自主研究开发了ＳＡＣ一１６以
来，ＳＡＣ系列的推广及其相关设计方法一直受到
国内道路研究者的广泛关注。ＳＡＣ以提高混合料
的抗滑性能为出发点，继而延伸到以抵抗车辙变
形为目标。其特点为粗集料含量高，并以Ｄ 、
Ｄ …Ｄ。．。 各档的通过量为控制点进行混合
料的级配设计。对于ＳＡＣ混合料级配的骨架性能
的检验，设计前以 ｃ ｎＲ （初始检验）法进行预
检，制成试件后再以ＶＣＡ （最终检验）法对其
终检。由于这两种方法推出时间不长，因此还有 许多值得探讨的地方。通过具体的级配检验为基
础，对这两种检验方法的有效性进行了研究。
１集料的基本性能
试验用石料采用川沙某矿场的石灰岩，其基 表１集料的基本性能试验结果
试验项目 指标要求 试验结果
另外，由于在骨架检验与计算中，集料的各
档石料的密度值对粗集料干捣状态下的间隙率的
计算是一关键值叫，因此，将各档石料的密度值列 本性能试验结果如表１。 于表２。
表２石料的密度试验结果 ｇ／ｅｍ３
在研究中，用水泥代替矿粉作为填充
料，沥青用国产镇海３０号沥青。水泥密度为
３・０００ ０ ｇ／ｃｍ。，沥青密度为１．０１９ ｇ／ｃｍ。。
２研究级配类型的选择
所研究的ＳＡＣ初始级配类型见表３。 ３各级配基本参数的计算
微量Co对第二代低银SAC焊料合金改性机理研究
电子工艺技术 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１ １年１ １旦篁 鲞篁鱼塑
微量Ｃｏ对第二代Ｉ＇Ｉ￣ＳＡＣ焊料合金改性机理研究
樊融融 ，刘哲 ，邱华盛 ，伊藤学 ，森公章 ，入泽淳。 （１．中兴通讯，广东深圳５１８０５７；２．Ｋｏｋｉ株式会社，东京１２０—００２６）
摘要：目前电子制造业界把低成本的低Ａｇ无铅焊料合金定义为第二代无铅焊料合金。在目前已公开的第
二代无铅低Ａｇ焊料合金类型中，又以掺人微量ｃｏ改性的应用性能和可靠性表现最优秀而受到了关注。重点对该
类型焊料合金掺ｃｏ改性的机理展开了研究试验。在研究试验结论的基础上，分析了其推广应用的良好前景。
关键词：无铅焊料；低Ａｇ合金；掺Ｃ０改性；ＳＭＴ
中图分类号：ＴＮ６０５文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３４７４（２０１１）０６—０３３０—０６
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｎ Ｄｏｐｉｎｇ ａ Ｌｉｔｔｌｅ Ｃｏｂａｌｔ ａｍｏｎｇ
Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ Ｌｏｗ－Ａｇ ＳＡＣ Ｓｏｌｄｅｒ Ａｌｌｏｙ
ＦＡＮ Ｒｏｎｇ．ｒｏｎｇ’，ＬＩＵ Ｚｈｅ’，ＱＩＵ Ｈｕａ．ｓｈｅｎｇ’，Ｍａｎａｂｕｌｔｏｈ ，ＫｉｍｉａｋｉＭｏｒｉ ，Ａｔｓｕｓｈｉｌｒｉｓａｗａ 【１．ＺＴＥ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１ ８０５７．Ｃｈｉｎａｌ ２．ＫＯＫＩ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＩＭＩＴＥＤ，Ｔｏｋｙｏ １ ２０－００２６．Ｊａｐａｎｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，Ｉｅａｄ．ｆｒｅｅ ｌｏｗ・Ａｇ ｓｏｌｄｅｒ ａｌｌｏｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｌｏｗ・ｃｏｓｔ，ｉＳ ｄｅｆｉｎｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ
ｓｏｌｄｅｒ ａｌｌｏｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｌｏｗ・Ａｇ ｓｏｌｄｅｒ ａｌｌｏｙ ｔｙｐｅ，ｔｈｅ
激光_电弧复合焊接7075_T6铝合金疲劳断裂特性_吴圣川
第33卷第10期
2012年10月焊接学报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONVol．33No．10
October2012
收稿日期：2011－08－10基金项目：国家自然科学基金资助项目（51005068）；牵引动力国家重点实验室自主课题资助项目（2012TPL_T18）；汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金资助项目（31115030）激光－电弧复合焊接7075-T6铝合金疲劳断裂特性
吴圣川1，2，徐晓波1，张卫华2，李正1，徐道荣1
（1．合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009；
2．西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031）
摘要：研究激光－电弧复合焊接2mm板7075-T6铝合金在不同应力比R和应力幅
σa下的疲劳裂纹扩展行为．结果表明，优选的复合焊工艺参数激光功率3kW、电流110
A和焊接速度3m/min条件下接头和母材的疲劳裂纹扩展速率曲线存在交叉现象，即
当应力强度因子幅#K小于15．6MPa·m1/2时，接头的疲劳裂纹扩展速率小于母材，反之
则接头的疲劳裂纹扩展速率大于母材．而对应同一#K值，高应力比下的疲劳裂纹扩展
速率快于低应力比条件下的扩展速率．应力幅或平均应力是影响疲劳裂纹扩展特性的
主要因素．
关键词：激光－电弧复合焊；7075高强铝合金；疲劳断裂；微观组织；软化效应
中图分类号：TG456．7文献标识码：A文章编号：0253－360X（2012）10－0045－
04吴圣川
0序言
近年来，运载工具的“轻量化”引起各国重视，
高强铝合金以优异的综合力学性能成为重要的优选
结构材料．激光－电弧复合焊是当前最具发展潜
力的轻合金熔焊技术，在高速列车结构制造中具有
广阔的发展应用前景［1，2］．然而在复杂的服役载荷
下，熔焊缺陷如裂纹和气孔的缺口效应持续增强并
发展，导致关键结构部件的失效，成为高速列车运营
的重大安全隐患［3，4］．疲劳裂纹扩展速率是损伤容
Bi元素对SAC305钎料合金组织和性能的影响
《热加工工艺》2015年4月第44卷第7期
收稿日期:2014-09-26基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK20141228);徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室开放课题项目(JSKLEDC201301)作者简介:孟涛(1968-),男,安徽宿州人,实验师,主要研究方向:机械设计与制造;E-mail:******************Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)钎料合金是目前广泛使用的一种钎料合金，然而出于对高蠕变可靠性的要求，研究人员常常将Bi元素添加到SAC305中以提高其抗蠕变性能，例如Zhang等人[1-3]系统研究了Sn-Ag-Cu-Bi(Bi约为1wt%~2wt%)钎料合金的蠕变性能和疲劳性能，结果表明，SAC-Bi钎料合金的蠕变和疲劳性能均优于Sn-40Pb钎料合金。Zhao等[4-5]研究了Bi元素对钎料合金界面生长和剪切强度的影响，结果表明，Bi元素能够抑制界面金属间化合物的生长，同时提高钎焊接头的剪切强度。卫江红等人在Sn-0.7Ag-0.3Cu中添加了一定的Bi元素得到了类似的研究结果。本文利用金相显微镜和微型拉伸试验机对SAC305-Bi钎料合金的润湿性、组织和力学性能进行研究，重点研究Bi元素含量对SAC305-Bi钎料合金润湿性、组织和力学性能的影响。1试验材料与方法试验用Sn-Ag-Cu-Bi钎料合金的化学成分见表1。根据国标GB/T11364-2008评价钎料合金的润湿性，试验中取钎料0.2g，铜片尺寸为20mm×20mm×0.3mm，试验温度为260℃，保温时间1min。该Bi元素对SAC305钎料合金组织和性能的影响孟涛1，杨莉1,2（1.常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟215500；2.徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室，江苏徐州221000）摘要：利用金相显微镜和微型拉伸试验机对SAC305-Bi钎料合金的润湿性、组织和力学性能进行了研究。结果表明：SAC305-Bi钎料合金的润湿性随着Bi元素含量的提高而逐渐提高；当Bi元素含量低于0.5wt%时钎料合金的组织几乎不变化，当Bi元素的含量高于0.5wt%时钎料合金的组织粗化，当Bi元素的含量达到4wt%时形成了一种新的共晶相；SAC305-Bi的抗拉强度随着Bi元素含量的提高而逐渐提高，其延伸长度则逐渐降低。关键词：钎料合金；Bi；组织；润湿性；力学性能DOI:10.14158/ki.1001-3814.2015.07.062中图分类号：TG425文献标识码：A文章编号：1001-3814(2015)07-0209-03EffectofBiElementonMicrostructureandPropertyofSAC305SolderAlloyMENGTao1,YANGLi1,2(1.SchoolofMechanicalEngineering,ChangshuInstituteofTechnology,Changshu215500,China;2.JiangsuKeyLaboratoryofLargeEngineeringEquipmentDetectionandControl,XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou221000,China)Abstract：Thespreadability,microstructure,andmechanicalpropertyofSAC305-Biwerestudiedbyopticalmicroscopesandmicrotensiletester.TheresultsshowthatthespreadabilityofSAC305-BiimprovesasthecontentofBiincreasing.WhenBielementcontentisbelow0.5wt%,themicrostructureofsolderalloydoesn'tchangealmost.WhenBielementcontentishigherthan0.5wt%,themicrostructureofthesolderalloycoarsens.WhenthecontentofBiis4wt%,anewkindofeutecticphaseappears,whichiscomposedwithintermetalliccompoundsandBi.ThetensilestrengthofSAC305-BiincreaseswiththeincreaseofBielementcontent,andtheextensionlengthdecreasesgradually.Keywords：solderalloy;Bi;microstructure;spreadability;mechanicalproperty合金编号BiAgCuSn1234500.51.02.04.03.03.03.03.03.00.50.50.50.50.5余量余量余量余量余量表1Sn-Ag-Cu-Bi钎料合金的化学成分(质量分数,％)Tab.1ChemicalcompositionofSn-Ag-Cu-Bisolderalloy(wt％)209HotWorkingTechnology2015,Vol.44,No.7标准评价结果为铺展系数，铺展系数的表达式为：K=D-HD×100%式中：K为铺展系数；D为与钎料质量相等的钎料球的直径；H为钎料合金在铜片上铺展后的高度。通过金相显微镜观察钎料合金的显微组织。利用微型拉伸试验机测定钎料合金的拉伸力学性能，拉伸速度为5μm/s，拉伸试验机夹具及拉伸试样如图1所示，其中图(a)为拉伸试验机夹具，图(b)为拉伸试样，图(c)为拉断后的拉伸试样。2试验结果及讨论2.1Bi含量对钎料合金润湿性的影响图2为Bi元素含量对钎料合金铺展系数的影响。从图中可以看出，SAC305钎料合金的铺展系数为65.9%，加入Bi元素后，钎料合金的铺展系数增大，最大为Bi元素含量为4%时，铺展系数为72.3%。钎料合金在纯铜片上的铺展系数随着Bi元素含量的提高而逐渐提高，这意味着Bi元素的加入改善了SAC305钎料合金的润湿性。这可能是由于Bi元素是一种低熔点的合金元素，Bi的加入会降低钎料合金的熔点，这使得相同试验温度时，钎料合金的流动性大大提高，最终提高了钎料合金的润湿性。2.2Bi含量对钎料合金组织的影响图3为不同Bi含量的钎料合金的金相组织。可发现，当Bi含量为0.5%时(图3(b))，钎料合金的组织较SAC305(图3(a))而言并没有太大的变化；当Bi含量为1%和2%时共晶相粗化，同时共晶相的边缘区域与基体区分度减小，这是因为由于富Bi相的作用，基体的硬度增加；当Bi含量为4%时，钎料合金的组织由基体富Sn相和新的共晶相构成，其中新共晶相与SAC305中的共晶相的区别较大，其结构紧密，边缘与基体区分度明显，这种新的共晶相，可能是由Bi、Cu6Sn5和Ag3Sn共同构成的机械混合物。
微电子组装焊点可靠性的研究现状
． 专题综述ｔ缛搭 微电子组装焊点可靠性的研究现状 南京航空航天大学材料科学与技术学院（２１ｏ０ｌ６） 盛重薛松柏张亮皋利利 摘要随着微电子技术的发展，组装密度的不断提高，一个焊点的破坏往往导致整个封装结构的失效，因此， 焊点的可靠性越来越受到人们的重视。综合介绍了无铅化焊接由于钎料的差异与工艺参数的调整给焊点可靠性 带来的相关问题，此外，对焊点的失效机理进行了分析，并进一步讨论了影响焊点可靠性的因素及解决方案。 关键词：焊点焊接工艺失效机理可靠性 中图分类号：ＴＧ１１５．２８ ０前 言 现代电子信息技术依赖于微电子技术的发展，而 电子技术发展同样受微电子封装技术的影响，并逐渐 发展成为一种多学科交叉的热门技术，同时微电子技 术的发展，又极大地推动了封装形式的不断出新。近 年来电子产品朝轻、薄、短、小及高功能发展，封装形式 也随着通讯产品朝高频化、高Ｉ／Ｏ数及小型化的趋势 演变。封装技术的发展可分为三个阶段，第一阶段为 ２０世纪８０年代以前，封装的主体技术是针脚插装 Ｈ，其特点是插孑Ｌ安装到ＰＣＢ上；第二阶段从２Ｏ世 纪８０年代中期开始，以ＳＭＴ技术衍生出的ＳＯＰ、ＰＬＣＣ、 ＳＯＪ、ＱＦＰ封装方式成为最热门的组装技术，它通过细 微的引线将集成电路贴装到ＰＣＢ板上，生产自动化程 度得到很大的提高；第三阶段为２Ｏ世纪９０年代，随着 器件封装尺寸的进一步小型化，出现了许多新的封装 技术和封装形式，最具代表性的有ＢＧＡ、Ｆｌｉｐ—Ｃｈｉｐ、 ＭＣＭ、ＣＳＰ、ＤＣＡ等。 电子组装中焊点可靠性是决定产品质量关键的一 环，焊点的最主要作用是实现芯片与外电路、元器件之 间的电气连接。一般最常选用的焊接材料为锡铅合 金，主要因其熔点低（１８３℃）、润湿性高、抗腐蚀性佳， 加上成本低廉而被广泛使用于半导体、电子、通讯、汽 车工业中。虽然锡铅钎料具有很好的实用性，但由于 其含铅成分对于人类的健康存在潜在威胁及对环境的 危害，欧盟于２００３年颁布ＷＥＥＥ指令和ＲｏｌｌＳ法令，限 收稿日期：２００８—０１—２２ 基金项目：２００８年南京航空航天大学大学生创新基金资助项目；江苏省 普通高校研究生科技创新计划资助项目；２００６年江苏省“六 大人才高峰”资助项目 制有害物质在电子电器产品中的使用，并透过妥善的 回收及处理废弃电子电器产品达到保护人类健康的目 的。此外，随着电子封装与组装技术的迅速发展，焊点 越来越小，传统的锡铅钎料在常温下就能发生蠕变，已 不能满足可靠性要求 ｊ，因此，寻找替代铅的无铅钎料 的趋势与呼声越来越大，对于无铅钎料的开发和研究 也是刻不容缓。根据多年的研究证明，锡铅钎料能够 实现与母材形成良好的连接在于Ｓｎ能够于Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ 等母材金属之间形成金属间化合物，从而钎料在金属 表面具有良好的铺展性，进而形成可靠性连接，因此以 ｓｎ为基体元素成为寻找无铅钎料的基本要求。现有的 研究表明，在回流焊工艺中，ＳｎＡｇＣｕ系合金是最有可 能替代ＳｎＰｂ钎料的无铅钎料。 无铅焊接与封装是对新一代电子产品的基本要 求，文中通过已有的研究成果，分析对比ＳｎＰｂ和 ＳｎＡｇＣｕ的回流焊工艺区别与性能表现，并对焊点的失 效机理与可靠性问题给予分析与讨论，为微电子连接 技术的研究提供一定的理论依据。 １ 钎料及工艺特点 ２０世纪８０年代开始流行的表面组装工艺技术是 电子装联工业的一次革命性突破，它提高了印刷电路 板的组装密度，促使电子产品向小型化方向发展。此 外，随着表面贴装元件的精细化，回流焊技术有了很大 的发展和普及，并有逐步取代波峰焊的趋势。同时，电 子科技与产业的飞速发展，表面组装技术及其生产工 艺也在不断地推广与改进。在电子产品的生产过程 中，焊接工艺不但影响正常生产还影响产品的最终质 量与可靠性。因此，回流焊工艺是电子组装技术关键 环节之一。 ２０１０年第２期
ansys蠕变应变率命令流
ansys蠕变应变率命令流
1.引言
1.1 概述
概述：
蠕变应变是材料在长时间作用下产生的变形现象，它在工程领域具有重要的作用。蠕变应变率是描述蠕变现象发生速率的参数，它反映了材料在一定应力下产生蠕变变形的能力。
ANSYS是一种常用的工程仿真软件，它提供了许多功能强大的命令流供用户使用。其中，蠕变应变率命令流被广泛应用于材料蠕变性能的研究和工程实践中。
本文将对ANSYS蠕变应变率命令流进行详细介绍和使用方法的讲解。通过学习和掌握这一命令流，工程师和研究人员可以更加准确地预测材料在长时间持续加载下的变形情况，为工程设计提供科学依据。
在介绍ANSYS蠕变应变率命令流之前，我们将先简要概述蠕变现象、蠕变应变和蠕变应变率的基本概念。然后，我们将详细讲解蠕变应变率命令流的使用方法，包括命令的输入格式、参数的设置以及结果的分析等内容。最后，我们将通过实例的展示和分析，进一步说明蠕变应变率命令流在实际工程中的应用价值。
通过本文的学习，读者将能够全面了解ANSYS蠕变应变率命令流的原理和功能，掌握蠕变应变率命令流的使用方法，并能够灵活应用于工程设计和材料研究中。同时，本文也将对该命令流存在的一些局限性进行探讨，并对未来的研究方向进行展望。 1.2 文章结构
本文主要介绍了ANSYS蠕变应变率命令流的使用方法。文章共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先概述了本文的主题和目的。其次，介绍了ANSYS蠕变应变率命令流在工程领域的重要性和应用背景。最后，明确了本文的目的和意义，即通过详细介绍ANSYS蠕变应变率命令流的使用方法，为读者提供一个全面了解和掌握该技术的指南。
正文部分主要包括两个小节，分别是ANSYS蠕变应变率命令流的介绍和使用方法。
- 在2.1小节中，将详细介绍ANSYS蠕变应变率命令流的背景和原理。首先，解释了蠕变现象的定义和原因。接着，介绍了应变率是描述蠕变行为的重要参数。随后，详细阐述了ANSYS蠕变应变率命令流在工程仿真中的作用和应用范围。通过理论的解析和实例的演示，读者将对该命令流有一个清晰的认识。
《SAC305-SnxBi混装焊点在热循环载荷下的组织演化与力学损伤》范文
《SAC305-SnxBi混装焊点在热循环载荷下的组织演化与力学损伤》篇一
一、引言
随着现代电子技术的飞速发展，SAC305-SnxBi混装焊点因其优良的电气性能和机械性能，在微电子封装领域得到了广泛应用。然而，在复杂多变的工作环境中，焊点经常受到热循环载荷的影响，这会导致焊点内部组织的演变和力学损伤。因此，研究SAC305-SnxBi混装焊点在热循环载荷下的组织演化与力学损伤，对于提高电子产品的可靠性和使用寿命具有重要意义。
二、SAC305-SnxBi混装焊点概述
SAC305是一种以锡（Sn）为基础的钎料合金，具有优异的焊接性能和良好的耐热性。而SnxBi混装焊点则是将SAC305与其他Bi等合金进行混合使用，形成的焊接结构。其焊点具有良好的焊接性能和稳定性，可以有效地应对高负载和高温度环境下的工作需求。
三、热循环载荷下的组织演化
在热循环载荷的作用下，SAC305-SnxBi混装焊点的内部组织会发生一系列的演变。首先，随着温度的变化，焊点中的晶体结构会发生重构和调整，包括晶粒的长大、相的转变等。其次，在热应力的作用下，焊点内部可能会出现微裂纹、孔洞等缺陷。这些缺陷会逐渐扩展并相互连接，导致焊点的力学性能下降。此外，长期的热循环载荷还会导致焊点的氧化和腐蚀，进一步影响其性能。
四、力学损伤分析
在热循环载荷下，SAC305-SnxBi混装焊点的力学损伤主要表现为裂纹的扩展和断裂。首先，裂纹会从焊点内部的缺陷处开始扩展，随着热循环次数的增加，裂纹逐渐扩展并连接成更大的裂纹。当裂纹扩展到一定程度时，焊点将发生断裂，导致电子设备的失效。为了减小这种力学损伤，可以采取优化焊点设计、改善焊接工艺、提高焊点材料的耐热性等措施。
五、实验研究方法与结果分析
为了研究SAC305-SnxBi混装焊点在热循环载荷下的组织演化与力学损伤，可以采用多种实验方法。例如，可以通过金相显微镜观察焊点的微观结构变化；通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析焊点内部的缺陷和裂纹扩展情况；通过拉伸试验和硬度测试等方法评估焊点的力学性能。
纳米压痕法测试SAC0307-xCe循环加载-卸载下的力学行为研究
哈尔滨理工大学学士学位论文
- I - 纳米压痕法测试SAC0307-xCe循环加载-卸载下的力学行为研究
摘 要
目前，电子行业的主要方向是使电子产品向着小型化、高集化发展。这样的发展方向必然会带来越来越多的问题和挑战，小型化电子产品在运输和使用过程中容易因为随机振动或者是跌落冲击而造成产品损坏，这使人们对电子产品的可靠性要求大大提高，因此对BGA焊点的力学行为研究具有重要的意义。在众多的无铅钎料系列中，低银Sn-Ag-Cu系列钎料因其具有良好的延展性，润湿性，光亮度以及机械性能，使得低银Sn-Ag-Cu系列钎料合金成为替代Sn-Pb共晶钎料的主要材料。加入微量的稀土元素，可以改善低银钎料的弹性模量，蠕变性能，硬度等力学性能。
虽然前人有过对Sn-Ag-Cu钎料添加稀土元素的研究，但是在循环加载条件下对其添加稀土元素Ce的研究相对较少。本文以Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe（其中x分别为0, 0.03%，0.05%, 0.07%, 0.10%）无铅钎料为试验对象，研究循环加载条件下不同Ce含量及保载时间对BGA焊点纳米力学行为的影响。
研究结果显示：加入稀土元素Ce以后，低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的强度硬度等力学性能获得改善。在Ce含量为0.07%时，钎料焊点的力学性能最优，而随着Ce含量的增加或者是降低都将会导致钎料强度和硬度的下降，弹性模量下降，脆性增加，从而导致综合力学性能下降；BGA
焊点在保载阶段发生蠕变，且随着保载时间的增加，蠕变位移不断增大，而增加幅度变小。
关键词：BGA焊点；循环加载-卸载；力学行为
哈尔滨理工大学学士学位论文
- II - Nano indentation method test SAC0307 - xCe
under cyclic loading, unloading force for research
Abstract
At present, the main point of the electronics industry is the miniaturization
保载应力和加载速率对316H不锈钢蠕变行为的影响
保载应力和加载速率对３ １６Ｈ不锈钢
蠕变行为的影响
姜恒，江慧丰，范志超，陈学东 （合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽合肥２３００３１）
摘要：针对３１６Ｈ不锈钢，通过开展一系列高温蠕变试验，探讨了保载应力和保载前加载速率对材
料蠕变行为的影响。结果表明，保载应力对材料蠕变行为影响较大，在进行高温结构蠕变损伤估算 时，蠕变应变速率和蠕变断裂延性的选取均要考虑保载应力的影响；保载前的加载速率也对材料蠕 变行为产生一定影响，尤其是加载速率较低时。因此，在进行高温结构蠕变损伤估算时，需考虑较
低加载速率的影响。 关键词：蠕变；加载速率；３１６Ｈ 中图分类号：ＴＥ９６６；ＴＱｏ５２．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４８３７（２０１１）０８－０００６—０５ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４８３７．２０１１．０８．００２
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｄｗｅｌｌ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｒａｔｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｒｅｅｐ
Ｂｅｈａｖｉｏｒ ０ｆ ３ １ ６Ｈ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ
ＪＩＡＮＧ Ｈｅｎｇ，ＪＩＡＮＧ Ｈｕｉ—ｆｅｎｇ，ＦＡＮ Ｚｈｉ—ｃｈａｏ，ＣＨＥＮ Ｘｕｅ—ｄｏｎｇ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ ａｎｄ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ Ｇｅｎｅｒａｌ
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｔ ａｃｔ：Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｃｒｅｅｐ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ。ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｗｅｌｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｂｅｈａｖｉｏｒ／ｌｉｆｅ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ