锡焊接点拉伸力学性能研究
锡焊接点拉伸的力学性能研究1〕研究目的是“锡焊点接头在轴向拉伸的力学性能〞，这个力学性能只是一个最大拉应力？〔改动在最后〕
2〕实验结果，你只给出平均值，标准差是多少？〔补在了实验数据表后面〕一、研究对象 锡焊接头试件 二、研究目的
研究电子封装中锡焊点接头在轴向拉伸的力学性能
三、实验方法1、试验原理在电子封装中芯片间铜的连接通过锡焊料来实现， 在芯片加工过程中，铜与锡之间主要受到拉应力的影响，焊料与铜间的连接效果，对芯片的性能有很大的影响。本实验模仿铜与锡间的连接，
按如下图模型制成锡焊接头试件，将试件装在超高
精度动静态微力试验机上，受到缓慢增加的拉力作用，对应着每一个拉力F，试件标距l0有一个伸长量l，因此可以得出
F与l的关系曲线。由于铜的拉伸强度远大于锡焊点的拉伸强度，当试
件在焊接接头处发生断裂过程中，即可得到焊接点所能承受的最大载荷，输入锡焊点的尺寸，即可得到焊接接头的最大拉伸强度。实验前，试件的总长
l1l23
l
l
l0=30mm，Solder局部：长。拉伸后，试件总伸长量，1
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Solder局部伸长
l
1
l2
，铜片窄平行段伸长 l
l3
，铜片长平行段伸长
，其中 。以拉伸应力为纵坐标，位移为横坐标，做出关系曲线，即应力—位移图。
2、实验方法为了研究焊锡接点的力学性能，需制作焊料与铜片的焊锡接头试样，为
了比照试验结果，共制作 6个式样。先用小螺栓将定位卡具固定在焊接底座上，然后将焊接底座放置在楔形托台上，把试样插入定位卡具方形槽内，试样凭借自身重力会与定位卡
具较低的面紧挨，此时扭紧紧固螺栓即可固定住试样，撤掉楔形托台后，在试样接口涂上助焊剂，
放上焊料片，控制两边铜片和焊料片的位置，使之完全对中后，然后放入回
流焊炉中，回流的最高温度为250度。将k型热电偶固定在卡具上测量并记录温度变化，为了保证所制作的焊接试样工艺一致，设置相同的回流曲线，总的回流时间为670s。回流焊炉回流曲线等设置的回流曲线走完后，翻开回流炉，取出焊接卡具至阳台上让其自然冷却。待试样冷却后，拧开紧固螺栓，
取出焊接完的试样。焊接完的试样如下列图所示：焊锡接头试样当焊料冷却后接头处便会残留多余
的焊料，为了不对拉伸结果造成影响，需要将接头
处的多余焊料用水砂纸打磨平整。除去接头外表多余的焊料后，再打磨掉接头窄边处多余
2
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的焊料。
本实验所加工的试样为焊料与Cu基板的焊接试样，经估算得最大载荷值
不超过1KN，应选用载荷量程为 2KN的传感器。实验过程中，夹具需夹住Cu基板，为了 防止实验过程中Cu片打滑对实验结果产生，故实验中选取气动夹具，夹具的压力约为
4MPa。试件用instron1948型微拉伸试验机进行拉伸，拉伸速度为，即。最后得到的最大拉伸强度
除以接头处的横截面积，即得到接头在准静态条件下的拉伸强度。拉伸试验
3
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四、实验结果由试验机读取数据，并处理。表1、试件所受的最大载荷
试件
编号 加载 速度 (m/min)
平均
1
2
3
4
5
6
值
标
试验
准差
拉应
力最
大值 M Pa〕
2 0 1 1 4 1
最大
值时
载荷 （ N〕
30 41 53 24 51 67 4
4
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拉伸过程中，试验机得到的为载荷与试件总的位移间的关系，向试验机中输入焊点接
头处初始的尺寸，即窄平行段和Solder局部的宽为厚为，得到焊接头处的最大拉伸应力与位移的曲线。应力-位移关系经过统计拉伸试件的断裂面为铜与锡的连接界面，数据经处理后得到试件所受的最大
拉应力为，受到的最大载荷为。五、讨论
上图应力—位移关系开始呈现线性增长是由于此时拉伸的试样处于弹性的阶段，线性阶段后，应力与位移曲线不为直线，应力应变不再成正比，应力在图上三角标示处到达最大值，锡焊点处出现界面开裂现象，随着裂纹的扩展，使试件继续变形所需载荷减小，应力与位移曲线迅速下降，最后，锡焊点接头部位，铜与锡界面发生别离，试件断裂，实验结束。
六、结论
电子封装中，材料所受到的最大载荷为其设计的根本标准，为用有限元软件模拟芯片设计，制造，加工等提供依据。根据试验，锡焊点接头试件的力学性能大致如下：试件允许收到的最大拉应力为
，允许承受到的最大载荷为。由于在锡焊点接头部位生成的铜锡混 合层〔IMC〕脆性较大，故断裂发生在铜与锡界面处。
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