电子封装快速热疲劳可靠性的研究

摘要

目前电子工业进行热疲劳测试时均遵循一定的标准,测试设备为高低温循环箱,一次温度循环的时间为15min～2h,一次测试的周期偏长。本文针对传统电子封装热疲劳测试周期偏长的缺点提出了一种新的测试方法──快速热疲劳测试,并按照这一设想设计制造了一台快速热疲劳测试仪。最终运行结果表明,所研制的快速热疲劳测试仪能在10s或更短的时间内将样品由室温加热至200℃,能在10s或更短的时间内由200℃冷却至设定温度。
　　传统的热疲劳测试样品为封装好的器件或组件,焊点的失效机制是疲劳与蠕变的两种损伤共同累积的结果,然而焊料本身在变化的温度场作用下也会发生疲劳行为,这种变化无法在传统实验下观察到。为此本文设计了无应力束缚的单焊点样品,并用研制的快速热疲劳测试仪研究了Sn3.0Ag0.5Cu/Cu单焊点样品在快速热疲劳测试中微观组织及界面IMC的演变规律。研究发现焊料内部的Cu6Sn5会逐渐长大,Ag3Sn会逐渐由短棒状变成颗粒状。且温度条件中最高温度高时 IMC的生长速率会提高。IMC的生长与累积保温时间的平方根大致满足线性关系,满足Fick扩散定律。随着快速热疲劳测试时最高温度的提高以及温度变化速率的增加,相同时间快速热疲劳测试后IMC生长速率也会相应提高,这为优化现有的热疲劳测试温度曲线提供了思路。
　　研究了快速热疲劳测试对LED封装可靠性的影响。LED的光通量随着快速热疲劳测试的进行会逐渐降低,且温度变化范围大时光通量下降的更快。在不通电进行快速热疲劳测试的条件下,LED的峰值波长与正向电压均有小幅度提高,但基本变化不大,说明LED芯片的发光性能未受影响。快速热疲劳测试后发光光谱中蓝光主峰的相对强度上升,且白光LED的色温上升,分析后得出结论为荧光粉在热疲劳测试中发生了退化,光转换效率变低,从而导致LED光通量的降低。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 微焊点热疲劳可靠性的研究进展

1.3 LED可靠性的研究进展

1.4 本文研究意义及研究内容

2 快速热疲劳测试仪的研制

2.1 仪器研制的背景及意义

2.2 仪器的功能介绍

2.3 仪器的整体设计方案

2.4 加热方式的选择

2.5 温度控制系统

2.6 温度循环平台优化设计

2.7 快速热疲劳测试仪实物图及实测温度循环曲线

2.8 本章小结

3 快速热疲劳测试对焊点微观组织的影响

3.1 引言

3.2 实验样品的制备及分析测试方法

3.3 快速热疲劳测试中微观组织及IMC的生长

3.4 不同温度条件对焊点微观组织的影响

3.5 本章小结

4 快速热疲劳测试对LED可靠性的影响

4.1 引言

4.2 实验过程及分析测试方法

4.3 快速热疲劳测试对LED性能的影响

4.4 本章小结

5 全文总结及展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文