專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電子組裝無(wú)鉛釬焊領(lǐng)域的無(wú)鉛釬料合金釬焊工藝性能評(píng)價(jià)技術(shù)。技術(shù)背景結(jié)晶裂紋，是釬料合金在結(jié)晶過(guò)程中，由于釬料的凝固收縮受到拘束，導(dǎo)致晶界開(kāi)裂的一種工藝缺陷，因此結(jié)晶裂紋的形成與合金凝固過(guò)程中的力學(xué)行為、晶界狀態(tài)和凝固過(guò)程自身的特點(diǎn)有關(guān)系。其形成機(jī)理可以用液膜理論、強(qiáng)度理論等多種理論解釋。通常認(rèn)為，液態(tài)合金冷卻到固相線附近時(shí)，在晶粒周?chē)纬梢耗?，如果合金凝固收縮產(chǎn)生足夠大的應(yīng)力應(yīng)變，就能使液膜開(kāi)裂，形成沿晶裂紋或結(jié)晶裂紋。液膜往往是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的冶金條件，收縮應(yīng)力應(yīng)變是產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的拘束條件。釬料合金在釬焊過(guò)程中，特別是對(duì)于偏離共晶點(diǎn)的釬料合金，存在凝固溫度區(qū)間，當(dāng)釬料合金處于凝固結(jié)晶溫度范圍時(shí)，已經(jīng)凝固結(jié)晶的晶粒之間可存在低熔點(diǎn)液態(tài)金屬形成的薄膜，在凝固收縮應(yīng)力應(yīng)變的作用下，可能產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，即熱裂紋。低熔點(diǎn)液膜，主要是由后結(jié)晶的低熔點(diǎn)元素或雜質(zhì)偏細(xì)造成的。PeterBiocca(PeterBiocca,Tin-copperbasedsolderoptionsforlead-freeassembly[C].GlobalSMT&Packaging.2006,11/12:23-25)發(fā)現(xiàn)非共晶合金釬料在波峰焊和手工焊接中，表面的結(jié)晶裂紋是很常見(jiàn)，N.Blattau等人(N.BlattauandC.Hillman.AcomparisonoftheisothermalfatiguebehaviorofSn-Ag-CutoSn-Pbsolder[C].ComparisonoftheIsothermalFatigueBehaviorofSn-Ag-CutoSn-Pb,IPC/APEX,Anaheim,CA,2006,2:7-10)也觀察到了SnAgCu焊點(diǎn)中起源于結(jié)晶裂紋的疲勞裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。我們?cè)趯?duì)PCB電路板上貼裝片式元件，采用Sn3.0Ag0.5Cu焊膏，再流焊后，用體式顯微鏡觀察焊點(diǎn)表面，發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)表面結(jié)晶裂紋明顯，見(jiàn)附圖1至附圖3。焊點(diǎn)表面結(jié)晶裂紋的存在，會(huì)降低焊點(diǎn)接頭的靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，導(dǎo)致電子互聯(lián)的提早失效。由于電子封裝行業(yè)中，焊點(diǎn)的尺寸越來(lái)越小，其表面的結(jié)晶裂紋不能宏觀發(fā)現(xiàn)，很容易被忽視，而造成焊點(diǎn)接頭的靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度的下降；并且在無(wú)鉛釬料的選擇方面也困難重重。對(duì)于偏離共晶點(diǎn)的釬料合金表面結(jié)晶裂紋已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到了大量的證實(shí)，其對(duì)焊點(diǎn)接頭的靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度影響也不容忽視，但是并沒(méi)有相關(guān)的無(wú)鉛釬料結(jié)晶裂紋熱裂傾向評(píng)價(jià)方法和相關(guān)裝置。因此，本發(fā)明提出一種無(wú)鉛釬料合金焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法及相關(guān)裝置，重現(xiàn)無(wú)鉛釬料釬焊過(guò)程產(chǎn)生的焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋，并對(duì)釬料的結(jié)晶裂紋傾向進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種無(wú)鉛釬料合金焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法及相關(guān)裝置。屬于微電子行業(yè)電子組裝和無(wú)鉛釬料的制造
技術(shù)領(lǐng)域：
。通過(guò)該試驗(yàn)方法，可以重現(xiàn)無(wú)鉛釬料釬焊過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)鉛釬料結(jié)晶裂紋的物理模擬，同時(shí)能夠研究和評(píng)價(jià)釬焊溫度循環(huán)以及釬焊接頭幾何拘束條件對(duì)結(jié)晶裂紋的影響。借助體式顯微鏡觀察裂紋并測(cè)量裂紋的條數(shù)和總長(zhǎng)度，再利用本發(fā)明提出的結(jié)晶裂紋的評(píng)價(jià)等級(jí)，對(duì)無(wú)鉛釬料產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向或結(jié)晶裂紋敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明提出的一種無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，包含無(wú)鉛釬料釬焊焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的自拘束試件、體式顯微鏡、加熱控制裝置和冷卻控制裝置、溫度傳感器和用于準(zhǔn)確顯示加熱溫度和冷卻速度的加熱冷卻溫度循環(huán)測(cè)量裝置。在結(jié)晶裂紋的測(cè)試過(guò)程中，首先將加熱控制裝置的溫度升到某一溫度，并使溫度保持恒定，隨后將一定量的無(wú)鉛釬料放在釬焊焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的自拘束試件的中間槽，再放到加熱控制裝置上進(jìn)行焊接，讓釬料和試件焊接在一起。隨后利用冷卻裝置讓上述焊接試件在特定的冷卻速度下冷卻。在加熱和冷卻的過(guò)程中，加熱冷卻溫度循環(huán)測(cè)量裝置能準(zhǔn)確顯示實(shí)時(shí)的溫度和冷卻速度，保持實(shí)驗(yàn)的條件的一致性。其次，在體式顯微鏡下，觀察焊點(diǎn)釬料表面形成的結(jié)晶裂紋計(jì)算其總長(zhǎng)度，確定結(jié)晶裂紋的總長(zhǎng)度和釬縫的長(zhǎng)度之比。最后，根據(jù)比值對(duì)釬料的結(jié)晶裂紋傾向進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋物理模擬測(cè)試試件，在釬焊過(guò)程中，可模擬微焊點(diǎn)的拘束應(yīng)力，對(duì)釬縫實(shí)現(xiàn)自拘束，從而模擬微焊點(diǎn)的凝固結(jié)晶及結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。加熱和冷卻過(guò)程通過(guò)加熱和冷卻控制裝置調(diào)控，加熱控制裝置保持焊接溫度恒定在所需的某一溫度，冷卻控制裝置可精確控制冷卻速度的大小。加熱冷卻溫度循環(huán)測(cè)量裝置可以準(zhǔn)確顯示加熱溫度和冷卻速度，從而使用上述整套無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試裝置模擬溫度循環(huán)及焊點(diǎn)幾何拘束對(duì)結(jié)晶裂紋的影響。自拘束試件的基體材料為金屬銅，釬料可與其直接進(jìn)行焊接，也可在銅表面的鍍鎳層、鎳一磷層或者鍍鎳浸金等鍍層實(shí)施焊接。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件的形狀和體積與裂紋重現(xiàn)和開(kāi)裂的程度有很大的關(guān)系。因?yàn)樵嚰男螤詈腕w積直接影響著釬焊過(guò)程中試件的溫度分布和加熱冷卻速度。試件體積過(guò)大，不僅試件制作成本高，而且與實(shí)際微焊點(diǎn)的尺寸相差大，加熱冷卻緩慢。試件體積過(guò)小，試驗(yàn)操作困難。試件外形可為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度和寬度均可為l50mm，厚度小于寬度。試件的一個(gè)表面的中間加工出長(zhǎng)條狀槽，槽的長(zhǎng)度沿試件的長(zhǎng)度方向，槽的長(zhǎng)度小于試件的長(zhǎng)度，槽的深度小于試件的厚度，槽的寬度小于試件寬度的二分之一，同時(shí)槽的寬度小于槽的長(zhǎng)度的二分之一。試件也可采用圓柱體。其直徑可為l50mm，厚度小于直徑。在試件的一個(gè)表面加工出長(zhǎng)條狀槽，槽的位置處于試件表面的正中間，槽的長(zhǎng)度小于試件的直徑，槽的深度小于試件的厚度，槽的寬度小于試件的半徑，同時(shí)槽的寬度應(yīng)小于槽的長(zhǎng)度的二分之一。試件中間槽底面要光滑、平整。通過(guò)調(diào)整試件中間長(zhǎng)槽的長(zhǎng)寬比來(lái)調(diào)整凝固過(guò)程中收縮應(yīng)力的方向和大小。釬焊加熱可在電熱板上進(jìn)行，可以有氣體保護(hù)，釬焊過(guò)程經(jīng)測(cè)溫傳感器監(jiān)視釬焊溫度循環(huán)并記錄加熱冷卻曲線，加熱冷卻速度可調(diào)。裝置框圖見(jiàn)附圖4。在實(shí)施焊接過(guò)程中，對(duì)要測(cè)量評(píng)價(jià)的釬料和助焊劑，可根據(jù)需要改變加熱溫度循環(huán)或維持加熱冷卻溫度循環(huán)固定不變。由于模擬試件的中間槽中填充釬料合金的多少，直接決定著焊點(diǎn)所受拘束力的大小，填充釬料合金的體積應(yīng)為長(zhǎng)槽容積的0.21.2倍之間。為了對(duì)比，可以在不同試驗(yàn)中，維持釬料體積恒定。采用體式顯微鏡觀察結(jié)晶裂紋，放大倍數(shù)為520為佳，這樣既能清晰地辨別結(jié)晶裂紋，不會(huì)與其它的縮孔或氧化表面的龜裂相混淆，又能準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)晶裂紋的數(shù)量和裂紋的總長(zhǎng)度。為了提高測(cè)試的可靠性，每組試驗(yàn)的試樣數(shù)目應(yīng)不少于3至5個(gè)。圖5是典型試件的釬縫及顯示的結(jié)晶裂紋。本發(fā)明采用結(jié)晶裂紋的總長(zhǎng)度和釬縫的長(zhǎng)度(即槽的長(zhǎng)度)之比，對(duì)釬料的結(jié)晶裂紋傾向進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出5級(jí)分類(lèi)評(píng)價(jià)判據(jù)，艮P:(1)試件釬縫表面無(wú)結(jié)晶裂紋或者裂紋總長(zhǎng)度小于等于釬縫長(zhǎng)度的五十分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的結(jié)晶裂傾向極小，在電子組裝中不易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力優(yōu)秀。(2)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的五十分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的十五分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的結(jié)晶裂傾向較小，在電子組裝中有可能出現(xiàn)很少的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力良好。(3)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的十五分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的六分之一說(shuō)明該無(wú)鉛釬料有結(jié)晶裂紋傾向，在電子組裝中可能會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的結(jié)晶裂紋，釬料的抗結(jié)晶裂紋形成能力一般。(4)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的六分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的三分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料有明顯的結(jié)晶裂紋傾向，在電子組裝中可能出現(xiàn)一定數(shù)量的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力較差。(5)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的三分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的有很明顯的結(jié)晶裂紋形成傾向，在電子組裝中可能出現(xiàn)較多的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力差。本發(fā)明的效果和優(yōu)勢(shì)是-(1)借助自拘束試件，通過(guò)調(diào)整釬焊槽的長(zhǎng)寬比，可調(diào)整焊接過(guò)程中釬料受到拘束力的大小和方向，重現(xiàn)電子組裝微焊點(diǎn)的結(jié)晶裂紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)鉛釬料微焊點(diǎn)的物理模擬。通過(guò)測(cè)量裂紋總長(zhǎng)度，可定量評(píng)價(jià)焊點(diǎn)接頭的結(jié)晶裂紋形成傾向。(2)制定了無(wú)鉛釬料合金焊點(diǎn)熱裂傾向的定量評(píng)價(jià)判據(jù)，有助于在電子釬焊領(lǐng)域，通過(guò)試驗(yàn)，定量評(píng)價(jià)無(wú)鉛釬料合金的結(jié)晶裂紋敏感性，可用于指導(dǎo)開(kāi)發(fā)新型釬料合金，有助于正確選擇和使用釬料合金，保證釬焊接頭的可靠性，同時(shí)也對(duì)無(wú)鉛釬料合金釬焊結(jié)晶裂紋的研究有幫助。(3)本發(fā)明的焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋測(cè)量試件體積小，試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好，操作簡(jiǎn)單便捷，試驗(yàn)成本低廉。圖1PCB板上組裝片式元件及其微型焊點(diǎn)圖2(a)附圖1片式元件右側(cè)微焊點(diǎn)的表面放大，可見(jiàn)結(jié)晶裂紋圖2(b)附圖1片式元件左側(cè)微焊點(diǎn)的表面放大，可見(jiàn)結(jié)晶裂紋圖3(a)Sn3.0Ag0.5Cu釬料焊點(diǎn)表面，用掃描電子顯微鏡觀察放大的結(jié)晶裂紋圖3(b)Sn3.0Ag0.5CuP釬料焊點(diǎn)表面，用掃描電子顯微鏡觀察放大的結(jié)晶裂紋圖4結(jié)晶裂紋敏感性測(cè)試裝置框5典型試件的釬縫及顯示的結(jié)晶裂紋具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的內(nèi)容不局限于實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)施例的試件尺寸及釬料結(jié)晶裂紋敏感性評(píng)價(jià)等級(jí)示于表1。實(shí)施例l:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5Cu合金，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+^0溶液，釬焊溫度為260。C。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為lmmXlmmXlmm的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度0.8咖，寬度為0.2mm，深度為0.75mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的五分之一。Sn3.0Ag0.5Cu無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力差。實(shí)施例2:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuNi，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+仏0溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為10mmX6mmX2mm的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度7隱，寬度為2mm，深度為l腿，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的九十分之一。Sn3.0Ag0.5CuNi無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力優(yōu)秀。實(shí)施例3:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuP，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+H20溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為20mmX12mraX3腿的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度16mm，寬度為4mm，深度為2mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的二分之一。Sn3.0Ag0.5CuP無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力差。實(shí)施例4:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuCe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+&0溶液，釬焊溫度為260。C。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為30mmX30咖X10腿的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度26mm，寬度為7mm，深度為6腿，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的十分之一。Sn3.0Ag0.5CuCe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力一般。實(shí)施例5:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuGe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+H20溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為30mfflX30mmX20mm的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度20誦，寬度為7咖，深度為3腦，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的二分之一。Sn3.0Ag0.5CuGe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力差。實(shí)施例6:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuNiCe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl十H20溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為40mmX30mmX20mm的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度30鵬，寬度為8mm，深度為IO咖，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的七十五分之一。Sn3.0Ag0.5CuNiCe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力優(yōu)秀。實(shí)施例7:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuNiCeP，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+&0溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為50ramX40mmX4mm的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度36mm，寬度為8mm，深度為3mra,焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的二十分之一。Sn3.0Ag0.5CuNiCeP無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力良好。實(shí)施例8:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuNiCePGe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4C1+H20溶液，釬焊溫度為260。C。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件體積為40醒X30mmX4腿的長(zhǎng)方體，中間槽的長(zhǎng)度30咖，寬度為6mm,深度為3mm,焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的十分之一。Sn3.0Ag0.5CuNiCePGe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力一般。實(shí)施例9:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5Cu，助焊劑為腐蝕性ZnCL+NHXl+HzO溶液，釬焊溫度為260'C。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為lmm，長(zhǎng)度為lmra的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度0.8咖，寬度為0.2咖，深度為0.75咖，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的五分之一。Sn3.0Ag0.5Cu無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力較差。實(shí)施例10:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuNi，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl十H20溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為10,，長(zhǎng)度為5mm的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度7mm，寬度為4咖，深度為3mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的八十分之一。Sn3.0Ag0.5CuNi無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力優(yōu)秀。實(shí)施例ll:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.OAgO.5CuP，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+&0溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為20ram，長(zhǎng)度為10mm的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度16鵬，寬度為4mm，深度為3mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的二分之一。Sn3.0Ag0.5CuP無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力差。實(shí)施例12:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn3.0Ag0.5CuCe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+&0溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為30咖，長(zhǎng)度為15mra的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度26mm，寬度為7mra，深度為4mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的十分之一。Sn3.0Ag0.5CuCe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力一般。實(shí)施例13:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Sn2.0Ag0.5CuGe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NH4Cl+&0溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為40mm，長(zhǎng)度為4mm的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度26mm，寬度為6mm，深度為3mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的二分之一。Sn3.0Ag0.5CuGe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力差。實(shí)施例14:本實(shí)施例使用無(wú)鉛釬料Snl.0Ag0.5CuNiCe，助焊劑為腐蝕性ZnCl2+NHXl+貼溶液，釬焊溫度為26(TC。結(jié)晶裂紋測(cè)試試件是直徑為50ram，長(zhǎng)度為20咖的圓柱體，中間槽的長(zhǎng)度30mm，寬度為10咖，深度為5mm，焊后空氣中自然冷卻，待其冷卻后去除焊點(diǎn)表面的殘留物，保證表面的干凈。然后在體式顯微鏡下放大10倍觀察焊點(diǎn)表面的結(jié)晶裂紋。測(cè)得裂紋的總長(zhǎng)度為中間槽釬縫長(zhǎng)度的七十分之一。Sn3.0Ag0.5CuNiCe無(wú)鉛釬料合金的抗結(jié)晶裂紋能力優(yōu)。表l實(shí)施例的試件尺寸及釬料結(jié)晶裂紋敏感性評(píng)價(jià)等級(jí)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，其特征在于，包含無(wú)鉛釬料釬焊焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的自拘束試件、體式顯微鏡、加熱控制裝置和冷卻控制裝置、溫度傳感器和用于準(zhǔn)確顯示加熱溫度和冷卻速度的加熱冷卻溫度循環(huán)測(cè)量裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，其特征在于所述試件為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度和寬度均為150mm，厚度小于寬度；一個(gè)表面中間加工出長(zhǎng)條狀槽，槽的長(zhǎng)度沿試件的長(zhǎng)度方向，槽的長(zhǎng)度小于試件的長(zhǎng)度，槽的深度小于試件的厚度，槽的寬度小于試件寬度的二分之一，同時(shí)槽的寬度小于槽的長(zhǎng)度的二分之一。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，其特征在于所述試件采用圓柱體；其直徑為150mm，厚度小于直徑；在試件的一個(gè)表面加工出長(zhǎng)條狀槽，槽的位置處于試件表面的正中間，槽的長(zhǎng)度小于試件的直徑，槽的深度小于試件的厚度，槽的寬度小于試件的半徑，同時(shí)槽的寬度應(yīng)小于槽的長(zhǎng)度的二分之一。4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，采用結(jié)晶裂紋的總長(zhǎng)度和釬縫的長(zhǎng)度之比，對(duì)釬料的結(jié)晶裂紋傾向進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，提出以下5級(jí)分類(lèi)評(píng)價(jià)判據(jù)(1)試件釬縫表面無(wú)結(jié)晶裂紋或者裂紋總長(zhǎng)度小于等于釬縫長(zhǎng)度的五十分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的結(jié)晶裂傾向極小，在電子組裝中不易出現(xiàn)結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力優(yōu)秀；(2)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的五十分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的十五分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的結(jié)晶裂傾向較小，在電子組裝中有可能出現(xiàn)很少的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力良好；(3)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的十五分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的六分之一說(shuō)明該無(wú)鉛釬料有結(jié)晶裂紋傾向，在電子組裝中可能會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的結(jié)晶裂紋，釬料的抗結(jié)晶裂紋形成能力一般；(4)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的六分之一，小于或等于釬縫長(zhǎng)度的三分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料有明顯的結(jié)晶裂紋傾向，在電子組裝中可能出現(xiàn)一定數(shù)量的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力較差；(5)試件釬縫表面裂紋總長(zhǎng)度大于釬縫長(zhǎng)度的三分之一，說(shuō)明該無(wú)鉛釬料的有很明顯的結(jié)晶裂紋形成傾向，在電子組裝中可能出現(xiàn)較多的結(jié)晶裂紋，抗結(jié)晶裂紋形成能力差。全文摘要一種無(wú)鉛釬料焊點(diǎn)結(jié)晶裂紋的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法和裝置，屬于微電子行業(yè)電子組裝和無(wú)鉛釬料制造
技術(shù)領(lǐng)域：
。由于電子封裝行業(yè)中，焊點(diǎn)的尺寸越來(lái)越小，其表面的結(jié)晶裂紋肉眼難以發(fā)現(xiàn)，很容易被忽視，而造成焊點(diǎn)接頭的靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度的下降。本發(fā)明借助體式顯微鏡觀察裂紋并測(cè)量裂紋的條數(shù)和總長(zhǎng)度，再利用本發(fā)明提出的結(jié)晶裂紋的評(píng)價(jià)等級(jí)，對(duì)無(wú)鉛釬料產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的傾向或結(jié)晶裂紋敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明可以重現(xiàn)無(wú)鉛釬料釬焊過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)鉛釬料結(jié)晶裂紋的物理模擬，同時(shí)能夠研究和評(píng)價(jià)釬焊溫度循環(huán)以及釬焊接頭幾何拘束條件對(duì)結(jié)晶裂紋的影響。文檔編號(hào)G01N33/00GK101281144SQ20081011168公開(kāi)日2008年10月8日申請(qǐng)日期2008年5月16日優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日發(fā)明者劉建萍,史耀武,夏志東,李曉延,董文興,福郭,雷永平申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)