電子封裝力學（簡體書）

隨著先進封裝技術向著無鉛化和小型化的發展趨勢，電子封裝材料和結構可靠性要求越來越趨於嚴格，特別是在航空、航天的等領域的嚴苛環境下的關鍵技術應用。目前有各類芯片封裝技術書籍，往往僅是較為籠統地覆蓋封裝技術的設計、製造技術等方面，國內專門從事電子封裝領域的力學研究人員較少，因此沒有專門針對封裝材料和材料力學性能的書籍。本書基於材料力學、結構力學和有限元分析理論，從本構關係入手，考慮了複雜的多場耦合條件下具有粘塑性特性的封裝材料，利用單軸拉伸、納米壓痕和霍普金森杆等傳統力學實驗方法，獲取了不同應變率下不同幾何尺度的材料本構模型、疲勞、蠕變和抗衝擊特性，所轉化得到的不同應變率下應力-應變曲線、穩定蠕變應變率、循環載荷下材料疲勞壽命等重要材料屬性，從而用於焊點、封裝和板級結構尺度下不同工作環境下變形和破壞行為研究。

目錄**篇 焊料本構行為第1章 緒論 1 1.1電子封裝簡介 1 1.2電子封裝材料的變遷 2 1.3力學方法在封裝領域的應用 2 1.3.1 本構模型 3 1.3.2 疲勞模型 5 1.3.3 跌落衝擊 6 1.3.4 電遷移和孔洞演化 7 1.3.5 多場荷載下焊料力學性能 9 1.3.6 小結 10 1.4本書內容安排 10 參考文獻 11第2章 錫鉛共晶焊料力學行為 12 2.1應用背景與需求 12 2.2退火條件對錫鉛共晶焊料拉伸性能的影響規律 13 2.2.1 實驗工況 14 2.2.2 未經退火處理試件的拉伸實驗 16 2.2.3 退火溫度的影響規律 16 2.2.4 退火時間的影響規律 17 2.2.5 退火條件的優化 18 2.2.6 退火條件對應變率相關性的影響 21 2.2.7 一種簡潔的錫鉛共晶焊料統一蠕變塑性模型 22 2.3不同溫度下錫鉛焊料拉伸性能 24 2.3.1 實驗工況 26 2.3.2 實驗結果和討論 29 2.3.3 Anand本構模型 32 2.3.4 統一蠕變塑性本構模型 39 2.3.5 Anand和統一蠕變塑性本構模型的對比 45 2.4小結 46 參考文獻 46 第3章 無鉛焊料力學行為 48 3.1應用背景與需求 48 3.2退火條件對 SAC305共晶焊料拉伸性能的影響規律 48 3.2.1 實驗步驟 49 3.2.2 實驗結果和討論 50 3.2.3 簡明形式的統一蠕變塑性本構模型 55 3.2.4 主要結論 59 3.3納米壓痕對退火後殘餘應力的分析 59 3.3.1 實驗方法 59 3.3.2 結果討論 62 3.3.3 主要結果 67 3.4冷卻與退火對無鉛焊料壓痕響應的影響 68 3.4.1 試樣製備和實驗方案 68 3.4.2 實驗結果和討論 69 3.4.3 保載階段蠕變行為 71 3.4.4 接觸剛度 72 3.4.5 殘餘壓痕形貌 74 3.4.6 主要結論 75 3.5 Anand本構模型 75 3.5.1 實驗計劃 75 3.5.2 本構模型基本方程 76 3.5.3 材料常數的確定 77 3.5.4 Anand模型與實驗數據的對比 78 3.6小結 81 參考文獻 82 第4章 適用於 SnAgCu焊料大應變率範圍的統一蠕變塑性本構模型 83 4.1介紹 83 4.2改進的統一蠕變塑性本構模型 84 4.3本構模型參數確定 86 4.4低應變率下本構模型校準 87 4.5中等應變率下本構模型校準 91 4.6高應變率下本構模型校準 95 4.7新本構模型在所有應變範圍下的行為總結 97 4.8在極限應變率下新本構模型與其他模型的對比 99 4.9小結 101 參考文獻 101 第5章 無鉛焊料的拉伸和納米壓痕本構關係的校準 103 5.1簡介 103 5.2樣品製備和實驗設置 104 5.3實驗結果 105 5.4理論分析 108 5.5小結 111參考文獻 112第6章 基於霍普金森杆實驗的封裝材料力學性質 113 6.1霍普金森杆實驗原理 113 6.2電子封裝材料的高應變率應用 114 6.3高應變率測試方案 114 6.4結果討論 116 6.4.1 應變率響應 116 6.4.2 本構響應 117 6.4.3 應變率與本構反應之間的關係 119 6.5應變率硬化和熱軟化 120 6.6本構模型 122 6.7小結 124參考文獻 125 第二篇 焊點力學行為第7章 微觀缺陷對焊點力學性能的影響規律 126 7.1焊點中的缺陷及其影響 126 7.2熱電耦合有限元分析 127 7.3孤立夾雜對裂紋尖端 SIF的影響規律 129 7.4材料和幾何特性的靈敏度研究 129 7.4.1 楊氏模量的影響 130 7.4.2 導熱係數的影響 130 7.4.3 溫度的影響 131 7.4.4 多個夾雜的影響 132 7.5夾雜對裂紋尖端 SIF影響的經驗公式 132 7.6小結 136 參考文獻 136 第8章 電流作用下焊點的蠕變行為 138 8.1無鉛焊點蠕變的研究現狀 139 8.2蠕變理論基礎 139 8.2.1 蠕變本構方程 140 8.2.2 穩態蠕變本構方程應力指數 n的確定 141 8.2.3 穩態蠕變本構方程激活能 Q的確定 141 8.2.4 穩態蠕變本構方程常數 A的確定 142 8.3電流作用下無鉛焊點蠕變分析思路 142 8.4試件製備及實驗方法 142 8.4.1 試件製備 142 8.4.2 實驗方法 145 8.5蠕變實驗結果及其分析 146 8.6蠕變模型修正 150 8.7蠕變組織的微觀觀測 152 8.7.1 觀測樣品的製作及打磨 152 8.7.2 樣品的觀測 153 8.7.3 斷口形貌的觀測 1538.7.4 結合面金屬間化合物的觀測 154 8.8小結 156參考文獻 157第9章 多場耦合下焊點力學性能及壽命評估 158 9.1熱電耦合荷載下錫鉛焊點力學行為及壽命評估 158 9.1.1 本構模型及材料參數 159 9.1.2 有限元仿真 162 9.1.3 焊點疲勞壽命預測 164 9.1.4 主要結論 167 9.2熱電耦合荷載下無鉛焊點力學行為及壽命評估 167 9.2.1 電性能的測定 168 9.2.2 疲勞壽命預測 171 9.2.3 主要結論 177 9.3小結 178 參考文獻 178 第三篇 封裝結構力學行為第10章 板級尺度下結構分析 179 10.1 溫度循環下 PBGA結構疲勞壽命的材料和結構優化 179 10.1.1 有限元模型 180 10.1.2 仿真結果 181 10.1.3 疲勞壽命分析 183 10.1.4 主要結論 186 10.2 與溫度和應變率相關本構模型對 PBGA結構熱循環壽命的預測 187 10.2.1 Anand本構模型 187 10.2.2 有限元模型及結果 189 10.2.3 疲勞壽命分析 190 10.2.4 參數敏感性分析 190 10.2.5 主要結論 191 10.3 小結 191參考文獻 192 第11章 板級結構壽命實驗及數值仿真 193 11.1常用熱疲勞加速方法 193 11.2研究思路 194 11.3實驗研究 194 11.3.1 四點彎曲機械加載實驗方案 194 11.3.2 熱循環實驗方案 195 11.3.3 實驗結果 196 11.3.4 微觀觀測 198 11.4結構有限元仿真 199 11.4.1 幾何模型和材料參數 199 11.4.2 有限元建模 200 11.4.3 本構關係 202 11.4.4 仿真結果及壽命計算 202 11.5機械加載和溫度循環下實驗和仿真結果對比 204 11.6小結 205 第12章 典型封裝本構的材料用戶子程序的實現 206 12.1 ABAQUS材料用戶子程序介紹 206 12.2 ABAQUS材料用戶子程序格式 206 12.3 ABAQUS材料用戶子程序接口參數 208 12.4 收斂性討論 209 12.5 Anand模型的用戶子程序 210 12.6 蠕變分析模型的用戶子程序 213 12.7 小結 214 第13章 未來需求和挑戰 215