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随着表面组装技术的广泛应用,电子元器件的尺寸愈来愈小,使得焊点的尺寸也愈来愈小,而焊点所承受的热学、电学以及力学载荷却愈来愈大,微焊点的可靠性将会是影响整个电子产品性能的一个关键因素。这就对钎焊封装工艺性能及钎料的力学性能提出了更高的要求,特别是钎料的抗疲劳和抗蠕变性能,以满足电子产品对微焊点可靠性不断增长的需求,使其在服役过程中可靠运行。本文以课题组自主研发的专利产品低银无铅钎料SAC0705Bi Ni和市场上广泛采用的高银无铅钎料SAC305形成的BGA微焊点为研究对象,采用纳米压痕试验方法,借助微型加热装置,原位研究了不同温度(25℃、50℃、75℃、100℃和125℃)条件下微焊点体钎料的塑性及蠕变行为。为了获取钎料中加入的微量元素Bi和Ni以及Ag含量对微焊点高温蠕变性能与塑性的影响,本文采用低银无铅钎料SAC0705作为对比。采用温度巡检仪和Fluke VT02可视红外测温仪实时监测试样的温度。借助纳米压痕仪自带拍照功能,对不同温度下三种成分微焊点体钎料压头空载后瞬间的压痕形貌进行了拍照,并分析了不同温度下压痕周边形貌。采用FIB微加工技术获得了压头下方的压痕截面,并采用扫描电镜(SEM)对压痕形貌进行观察分析。研究了三种成分微焊点体钎料室温下的塑性变形行为,对纳米压痕法获得的压入载荷-深度曲线进行物理反解析,建立了三种微焊点体钎料的应力-应变本构模型;比较了三种微焊点体钎料在室温下抵抗塑性变形的能力;分析了在纳米压痕试验中应变速率对微焊点体钎料塑性变形行为的影响。结果表明:三种微焊点体钎料中,Cu/SAC0705Bi Ni/Cu的抵抗塑性变形的能力最强。随着应变速率的增大,压痕深度与尺寸逐渐减小,微焊点体钎料的硬度值随应变速率的增大而升高。借助纳米压痕方法与自制微型加热辅助装置,获得了变温条件下三种成分微焊点体钎料的硬度、压入弹性模量和塑性因子分别随温度变化的规律,分别建立了这三种力学性能参数与温度之间的本构关系模型。试验结果表明:硬度随温度呈指数衰减关系,压入弹性模量随温度呈一次函数负相关,塑性因子随温度呈一次函数正相关。三种微焊点中,Cu/SAC0705/Cu体钎料的压入弹性模量温度效应因子KE和硬度温度效应因子KH的绝对值最大,对温度最为敏感;三种微焊点体钎料的塑性因子δH随温度升高而趋于一致。分别获得了三种微焊点体钎料在变温(25℃~125℃)下的蠕变应力指数与蠕变激活能,并分别建立了它们的压入稳态蠕变本构模型,揭示了三种微焊点体钎料的蠕变变形的机理。研究发现在100℃和125℃下压痕表面周围存在“压痕热-力耦合影响环状区”,在压头下方压痕截面尖端处,同样发现了“压痕热-力耦合影响环状区”。分析“压痕热-力耦合影响环状区”的成因是在保载一定时间,温度足够高和施加外力的共同作用下产生。对比分析了不同加载模式下三种成分微焊点体钎料的蠕变力学行为。采用阶梯加载、一次加载和预设深度加载模式获得了变应力条件下三种微焊点体钎料的压入蠕变行为,对比分析了三种微焊点体钎料的压入蠕变率与压入松弛率。结果表明:经阶梯加载下的多次加载-保载-卸载使得压痕周围的体钎料产生了应变硬化、时间硬化和蠕变硬化现象,使蠕变硬度显著增加。对微焊点Cu/SAC305/Cu硬度的压痕尺寸效应和其几何尺寸效应对蠕变性能的影响进行了研究。试验结果表明:压痕深度越小,压痕硬度值越大,呈现出明显的压痕尺寸效应。用来表征压入深度对硬度值影响的材料塑性特征尺度h*,随着温度的升高而降低。在相同焊接工艺参数下,Cu/SAC305/Cu微焊点几何尺寸越小,微焊点体钎料中晶粒越细小。在相同载荷条件下,小尺寸Cu/SAC305/Cu微焊点体钎料越不易产生蠕变,小尺寸微焊点体钎料表现出更好的抗蠕变性能。