一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法技术

本发明专利技术公开了一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，使用力学拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线，然后结合简单的数据后处理即可得到微焊点中微米尺寸钎料的真实应力与应变关系，实验过程简单，数据处理容易，相比于现有技术，本发明专利技术提出的力学拉伸测试方法大大降低了本构关系测试的成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法


[0001]本专利技术涉及焊点力学测试
，尤其涉及一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法。

技术介绍

[0002]在微电子领域，电子元器件的失效绝大部分是由焊点失效所引起的，国内外研究人员一般采用实验和仿真的方法来研究焊点的力学行为，以期为提高焊点的可靠性提供技术指导。与实验研究方法相比，仿真方法可以获取材料内部的应力、应变和断裂等力学参数的大小及分布情况，从而可以深入分析焊点的失效机理。近年来随着高密度封装的发展，焊点的尺寸早已达到微米尺寸(760微米～10微米)。钎料(焊料)是焊点的主要组成部分，在对焊点结构中的钎料部分进行力学有限元仿真时，必须输入钎料的本构方程。本构方程是反映物质宏观性质的数学模型，是应力与应变之间的函数表达式。
[0003]为了获得微焊点材料的应力与应变关系，研究人员通常在万能试验机上采用传统的拉伸实验来测量钎料应力与应变关系。然而，传统拉伸实验采用的是大尺寸块体铸态钎料(通常是厘米级别)。研究表明，钎料尺寸达到微米级后，其晶体状态、组织结构和力学性能相较于大块钎料样品会发生剧烈变化，即存在明显的尺寸效应，此时基于大块样品测得的力学性能将不能反映微米级尺寸材料的应力与应变关系。
[0004]因此，很难通过传统的拉伸实验方法获取微焊点中钎料的应力与应变关系。国内外研究人员发展了一种将纳米压痕技术和有限元反演分析相结合的方法来获取钎料的力学本构方程。然而，该方法极度繁琐，需要精密贵重设备(纳米压痕仪)，测试成本和理论门槛高，并且不易操作。这使得研究人员对微焊点结构开展力学仿真变得十分困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，旨在解决现有技术获取微焊点中钎料的应力与应变关系较为困难和繁琐这一技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，包括如下步骤：
[0007]S1：对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线；
[0008]S2：根据得到的镍丝和微焊点试样载荷与位移关系曲线，在相同载荷处，将微焊点的位移值减去对应长度镍丝的位移值，得到微焊点试样中钎料的载荷与位移关系曲线；
[0009]S3：将钎料的载荷与位移关系曲线转化为工程应力与应变关系曲线，然后将工程应力与应变关系曲线转化为真实应力与应变关系曲线；
[0010]S4：对钎料弹性阶段真实应力与应变关系曲线线性拟合，对钎料塑性阶段的应力与应变关系曲线采用幂函数进行拟合；
[0011]S5：根据钎料弹性阶段和塑性阶段应力与应变关系曲线的拟合结果求出钎料的应
力与应变关系的表达式。
[0012]对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线的步骤中：
[0013]将镍丝装夹在动态力学拉伸仪上，采用位移加载方式对镍丝进行单轴拉伸实验，对弹性阶段的载荷与位移数据进行线性拟合，得到镍丝弹性阶段的载荷与位移关系曲线；
[0014]将微焊点试样装夹在动态力学拉伸仪上，采用位移加载方式对微焊点试样进行单轴拉伸直至断裂，并选取微焊点达到最大拉力之前的关系曲线，得到微焊点试样的载荷与位移关系曲线。
[0015]将钎料的载荷与位移关系曲线转化为工程应力与应变关系曲线的步骤中：
[0016]采用σ
nom
＝F/A0计算钎料各数据点处的工程应力σ
nom
，其中F为当前拉伸载荷，A0为钎料的初始横截面积；
[0017]采用ε
nom
＝ΔL/L0计算钎料各数据点处的工程应变ε
nom
，其中ΔL为钎料当前的位移量，L0为钎料的初始长度。
[0018]将工程应力与应变关系曲线转化为真实应力与应变关系曲线的步骤中：
[0019]采用σ＝σ
nom
(1+ε
nom
)将σ
nom
转化为真实应力σ；
[0020]采用ε＝ln(1+ε
nom
)将ε
nom
转为真实应变ε。
[0021]对钎料塑性阶段的应力与应变关系曲线采用幂函数进行拟合，得出塑性阶段应力与应变关系的表达式的步骤中：
[0022]采用幂函数y＝ax
n
拟合钎料塑性阶段的应力与应变关系曲线。
[0023]本专利技术的有益效果为：采用力学拉伸实验结合简单的数据后处理即可得到微焊点中微米尺寸钎料的真实应力与应变关系，实验过程简单，数据处理容易，相比于现有技术，本专利技术提出的力学拉伸测试方法大大降低了本构关系测试的成本。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术的微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法的步骤流程图。
[0026]图2是本专利技术的镍丝的示意图。
[0027]图3是本专利技术镍丝的载荷与位移关系曲线图。
[0028]图4是本专利技术的Ni/SnBi/Ni微焊点的示意图。
[0029]图5是本专利技术的Ni/SnBi/Ni微焊点的载荷与位移关系曲线图。
[0030]图6是本专利技术的SnBi钎料的载荷与位移关系曲线图。
[0031]图7是本专利技术的SnBi钎料真实应力与应变关系曲线图。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]本专利技术采用的一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，包括如下步骤：
[0034]S1：对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线；
[0035]S2：根据得到的镍丝和微焊点试样载荷与位移关系曲线，在相同载荷处，将微焊点的位移值减去对应长度镍丝的位移值，得到微焊点试样中钎料的载荷与位移关系曲线；
[0036]S3：将钎料的载荷与位移关系曲线转化为工程应力与应变关系曲线，然后将工程应力与应变关系曲线转化为真实应力与应变关系曲线；
[0037]S4：对钎料弹性阶段真实应力与应变关系曲线线性拟合，对钎料塑性阶段的应力与应变关系曲线采用幂函数进行拟合；
[0038]S5：根据钎料弹性阶段和塑性阶段应力与应变关系曲线的拟合结果求出钎料的应力与应变关系的表达式。
[0039]具体的，对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线；S2：根据得到的镍丝和微焊点试样载荷与位移关系曲线，在相同载荷处，将微焊点的位移值减去对应长度镍丝的位移值，得到微焊点试样中钎料的载荷与位移关系曲线；S3：将钎料的载荷与位移关系曲线转化为工程应力与应变关系曲线，然后将工程应力与应变关系曲线转化为真实应力与应变关系曲线；S4：对钎料弹性阶段真实应力与应变关系曲线线性拟合，对钎料塑性阶段的应力与应变关系曲线采用幂函数进行拟合；S5：根据钎料弹性阶段和塑性阶段应力与应变关系曲线的拟合结果求出钎料的应力与应变关系的表达式。2.如权利要求1所述的微米尺寸电子焊料力学本构方程测试方法，其特征在于，对镍丝和微焊点试样进行拉伸实验，得到镍丝和微焊点试样的载荷与位移关系曲线的步骤中：将镍丝装夹在动态力学拉伸仪上，采用位移加载方式对镍丝进行单轴拉伸实验，对弹性阶段的载荷与位移数据进行线性拟合，得到镍丝弹性阶段的载荷与位移关系曲线；将微焊点试样装夹在动态力学拉伸仪上，采用位移加载方式对微焊点试样进行单轴拉伸直至断裂，并选取微焊点达到最大拉力之前的关系曲线，得到微焊点试样的载荷与位移关系曲线。3.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦红波，丁超，秦薇，雷楚宜，杨道国，张国旗，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：