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[美国机械工程师学会2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 美国加利福尼亚州旧金山(2018年8月27日星期一)] 美国机械工程师学会2018年电子与光子微系统封装与集成国际技术会议及展览 - 温度、应变率和时效对SAC无铅焊料泊松比的影响

DOI:10.1115/IPACK2018-8410 出版年份:2018 更新时间:2025-09-23 15:21:21
摘要: 在本研究中,我们对SAC无铅焊料的泊松比进行了数值与实验相结合的研究。泊松比(PR)是众多材料本构模型中的基本力学性能参数。尽管该参数常被忽略,但它在有限元方法(FEM)计算中具有重要影响。相较于其他材料特性,SAC无铅焊料泊松比的取值研究相对不足,在有限元分析中通常默认取值为?=0.3。本研究揭示了焊点泊松比取值对BGA组件热循环有限元结果的影响——有限元模型中的可靠性预测基于Morrow-Darveaux能量疲劳模型,建模对象包含间距为0.4mm和0.8mm的5/10/15mm三种尺寸PBGA组件(采用SAC305焊料)。这些封装件承受-40至125℃的时变循环温度场,假设其在25℃室温下处于无应力状态且制造过程未引入残余应力。仿真结果表明:当泊松比取值范围为0.15<?<0.40时,焊料塑性功变化超过20%,预测可靠性差异达50%以上。 通过微拉伸/扭转试验机对SAC305(96.5Sn3.0Ag0.5Cu)试样进行单轴拉伸应力-应变测试以测定实际泊松比,测试参数包括:两种应变率(0.0001和0.00001 sec?1)、四个测试温度(25/50/75/100℃)以及125℃下的多组时效时长。采用应变片配合LabVIEW软件自动采集轴向与横向变形数据,通过线性回归分析确定泊松比值。实验矩阵系统研究了温度、应变率、合金成分及凝固冷却速率对焊料泊松比的影响规律:泊松比随温度升高而增大,随应变率增加而减小;较慢的凝固冷却速率会使泊松比升高;等温时效导致的微观组织粗化同样会引起泊松比增大。
作者: KM Rafidh Hassan,Mohammad S. Alam,Munshi Basit,Jeffrey C. Suhling,Pradeep Lall
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研究概述 实验方案 设备清单

研究温度、应变率和时效对SAC无铅焊料泊松比的影响,以提高电子封装可靠性预测的准确性。

SAC305无铅焊料的泊松比对电子封装的可靠性预测有显著影响。它随温度升高而增大,随应变速率升高而减小。时效处理和较慢的凝固冷却曲线也会使泊松比增大。准确掌握泊松比对于可靠的有限元模拟至关重要。

本研究仅限于SAC305无铅焊料,未探讨其他焊料合金。未考虑超出测试范围的高温或高应变率的影响。

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