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柔性LED封装模块互连界面微观结构及演变
作 者: 钟颖
导 师: 王春青
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 柔性LED 互连 界面 高温无铅钎料 热冲击 再结晶
分类号: TN312.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 25次
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内容摘要
柔性LED封装模块以其应用灵活、易控制等优点具有极大的开发潜能,为解决其基板表面弯曲、散热差等可靠性问题,本文对器件与可变形镀Ni铜线之间的焊点进行了高温老化试验,分析了镀Ni铜线与钎料间的界面化合物与LED器件表面镀层及钎料量的关系,还对用于芯片连接的新型高温无铅钎料Innolot在热冲击循环条件下的显微组织演变、裂纹扩展及再结晶现象进行了详细研究。通过研究不同老化时间下铜线与钎料间界面化合物种类、厚度、拉伸性能的变化,发现虽然铜线与器件不是直接接触,器件表面镀层会严重影响该层化合物的演变。发现若镀Ni铜线与Cu/Ag焊盘连接,受焊盘中Cu的影响,钎料中Cu元素向远离器件方向偏聚,促进(Cu,Ni)6Sn5生成,并在老化中使原有的Ni3Sn4转化为(Cu,Ni)6Sn5,且(Cu,Ni)6Sn5生长速度对钎料量敏感。与Ni焊盘连接,焊接生成Ni3Sn4,老化中Cu仅来源于钎料,只能生成生长较慢且速度对钎料量不敏感的(Ni,Cu)3Sn4。若钎料可提供足够Cu源,可直接生成(Cu,Ni)6Sn5三元化合物,且生长速度比靠器件焊盘提供Cu源快。化合物由Ni3Sn4转化为(Cu,Ni)6Sn5和(Ni,Cu)3Sn4会导致拉伸性能下降,Cu-Ni-Sn三元化合物的单纯增厚不会引起严重的性能下降。利用无损检测、偏光观察、EBSD分析、断口观察等手段发现Innolot钎料(SnAg3.8Cu0.7Ni0.12Sb1.5Bi3)具备优良的抗热冲击能力。Sb、Bi起固溶强化作用,Ni与Cu、Sn反应生成(Ni,Cu)3Sn4起弥散强化作用。焊点形状影响应力分布,进而影响热冲击过程中的化合物粗化过程,最终影响裂纹扩展路径。Innolot钎料与普通SnAg3.8Cu0.7钎料相比,再结晶更严重,消耗能量多有助于阻止裂纹扩展。应力是Innolot钎料中的再结晶的必然条件,应力越大,再结晶越明显。再结晶晶粒取向的偏转会将原有的晶粒转变为软取向,有助于裂纹在低能量消耗的情况下沿原有方向扩展。Innolot钎料大部分发生穿晶断裂,还可以发现化合物弥散分布导致的塑性较差的韧窝。裂纹穿过的区域孪晶分布丰富,且应力状态相对较“好”时,易出现孪晶拉丝现象。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-19 1.1 课题背景及研究目的 10-11 1.2 国内外研究现状 11-18 1.2.1 钎料量对化合物厚度的影响 11-12 1.2.2 镍层与钎料界面 IMC 厚度和种类的影响因素 12-13 1.2.3 无铅高温钎料 13-14 1.2.4 Innolot 系列钎料开发 14-15 1.2.5 SnAgCu 断裂的影响因素 15-17 1.2.6 温度循环下的再结晶与裂纹扩展 17-18 1.3 本文的主要研究内容 18-19 第2章 材料及试验方法 19-25 2.1 试验材料及加速试验 19-21 2.2 试验方法 21-25 2.2.1 化合物成分分析及厚度测量 21 2.2.2 拉伸性能测试 21-22 2.2.3 超声 C 扫描检测 22 2.2.4 偏光即 EBSD 观察 22-23 2.2.5 断口观察 23 2.2.6 应力应变数值模拟 23-24 2.2.7 晶粒取向与 Schmid 因子 24-25 第3章 器件镀层对镀 Ni 铜线与钎料间化合物的影响 25-40 3.1 不同器件镀层及钎料量条件下化合物种类的演变 25-32 3.1.1 器件镀层中含铜焊点的化合物演变 25-28 3.1.2 器件镀层中不含铜薄焊点的化合物演变 28-29 3.1.3 器件镀层中不含铜厚焊点的化合物演变 29-32 3.2 器件镀层对化合物厚度及其生成激活能的影响 32-34 3.3 化合物层种类、厚度对拉伸强度的影响 34-38 3.3.1 器件镀层含铜焊点断口 34-36 3.3.2 器件镀层不含铜薄焊点断口 36-37 3.3.3 器件镀层不含铜厚焊点断口 37-38 3.4 本章小结 38-40 第4章 热冲击循环条件下 Innolot 钎料显微组织演变 40-52 4.1 宏观断裂面积 40-41 4.2 强化成分对显微组织及断裂路径的影响 41-45 4.2.1 强化成分对焊后显微组织的影响 41-42 4.2.2 强化成分对 250 次循环后显微组织及断裂路径的影响 42-43 4.2.3 强化成分对 1500 次循环后显微组织及断裂路径的影响 43-45 4.3 焊点形状对应力分布状态的影响 45-49 4.4 应力分布对显微组织及裂纹扩展的影响 49-51 4.4.1 应力集中严重时的显微组织及裂纹扩展 49-50 4.4.2 应力集中较小时的显微组织及裂纹扩展 50-51 4.5 本章小结 51-52 第5章 热冲击循环条件下 Innolot 钎料接头的再结晶与裂纹扩展行为 52-73 5.1 热冲击前后晶粒的偏光分析 52-53 5.2 Innolot 焊点中再结晶及裂纹扩展的特点 53-67 5.2.1 Innolot 钎料焊点中的孪晶现象 53-55 5.2.2 裂纹萌生区的再结晶与裂纹扩展的相互作用 55-59 5.2.3 无裂纹区的明显再结晶现象 59-62 5.2.4 裂纹扩展区再结晶与裂纹扩展的特点 62-65 5.2.5 裂纹扩展区的断口形貌 65-67 5.3 应力状态对 Innolot 再结晶及裂纹扩展的影响 67-71 5.3.1 高应力状态下的再结晶及裂纹 67-68 5.3.2 高应力下的韧窝断口 68-69 5.3.3 低应力状态下的再结晶及裂纹 69-70 5.3.4 低应力状态下的孪晶拉丝断口 70-71 5.4 疲劳辉纹的观察 71-72 5.5 本章小结 72-73 结论 73-74 参考文献 74-78 攻读学位期间发表的学术论文 78-80 致谢 80
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管:按结构和性能分 > 发光二极管
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