Sn-58Bi共晶釬料熔點(diǎn)低、潤(rùn)濕性能好、價(jià)格便宜,且室溫下具有較高的抗蠕變性、抗疲勞性、屈服強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度,非常適用于分級(jí)封裝中的外層封裝和對(duì)溫度敏感性強(qiáng)的電子元器件焊接。但Sn-58Bi合金鑄態(tài)組織粗大,合金脆性高,導(dǎo)致塑性加工困難。因此,細(xì)化組織,降低脆性,改善加工性能及使用性能,是關(guān)于Sn-58Bi共晶釬料研究所面臨的主要問(wèn)題之一,目前采用常規(guī)的鑄造軋制法較難制備出符合微電子器件使用要求的釬料薄帶和各種規(guī)格形狀的預(yù)成型焊片。本工作采用快速凝固技術(shù)來(lái)代替常規(guī)的鑄造軋制工藝,以希望實(shí)現(xiàn)Sn-58Bi共晶釬料薄帶工業(yè)化批量生產(chǎn),對(duì)推動(dòng)微電子封裝釬料的無(wú)鉛化進(jìn)程有著重要意義。實(shí)驗(yàn)以Sn-58Bi共晶合金為研究對(duì)象,分別采用鑄造軋制法和雙輥快速凝固法制備出釬料薄帶,借助光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針儀、X射線衍射分析、示差掃描量熱法、平板壓彎法和MTS陶瓷拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)等測(cè)試手段和方法,對(duì)Sn-58Bi釬料薄帶的顯微組織、成分分布、物相組成、熔化特性、韌性和焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析。并添加少量Ag元素,進(jìn)一步改善快速凝固Sn-58Bi共晶釬料的組織性能。研究結(jié)果表明:采用自主研制的雙輥快速凝固裝置成功制備出Sn-58Bi釬料薄帶,其合適的制備工藝參數(shù)為:雙輥間隙為0.2mm;噴射距離為15mm;噴嘴為4×Ф2mm多孔圓形噴嘴;澆注溫度為180℃;激冷輥線速度為7m/s。Sn-58Bi共晶合金鑄態(tài)組織由初生β-Sn相和共晶組織(β-Sn+Bi)組成,鑄錠熱軋后樹(shù)枝狀初生β-Sn相被破碎,沿著軋制方向呈長(zhǎng)條狀分布,組織細(xì)化�？焖倌讨苽涞腟n-58Bi釬料顯微組織細(xì)小均勻,無(wú)初生β-Sn相形成,Bi在β-Sn相的固溶度增加,但冷卻速度的增加沒(méi)有引起新相的形成�？焖倌谭ㄖ苽涞腟n-58Bi釬料合適的退火工藝為在130℃下退火1h,退火后韌性明顯提高,β-Sn相中Bi元素向外擴(kuò)散,晶粒尺寸變得均勻。相比較于鑄造軋制法,快速凝固法制備的Sn-58Bi釬料固、液相線均有降低,固液溫度差減小了2.6℃,釬料在Cu基板上潤(rùn)濕性更好,焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度從19.93MPa提高到22.29MPa。鑄造軋制法制備Sn-58Bi釬料焊接接頭斷裂方式為解理斷裂,而快速凝固法制備Sn-58Bi釬料焊接接頭斷裂方式為沿晶斷裂。添加1.0%Ag后快速凝固Sn-58Bi釬料顯微組織明顯細(xì)化,晶粒尺寸變得均勻,改善效果最為顯著。當(dāng)Ag添加量超過(guò)1.0%時(shí),顯微組織有粗化的趨勢(shì)。添加Ag元素后釬料在快速凝固過(guò)程中生成了亞穩(wěn)相Ag_(6.7)Sn相。添加Ag元素對(duì)釬料固、液相線溫度和熔化區(qū)間影響不大。釬料在熔化過(guò)程中Bi易偏聚在熔體表面降低熔體表面張力,但Ag_(6.7)Sn相會(huì)阻礙Bi向熔體表面偏聚,降低釬料潤(rùn)濕性。隨著Ag添加量增加,快速凝固Sn-58Bi釬料顯微硬度逐漸增加,焊接接頭剪切強(qiáng)度先增加后降低。Ag的添加沒(méi)有改變焊接接頭斷裂方式,仍為沿晶斷裂。綜合考慮,1.0%Ag為快速凝固Sn-58Bi釬料較合適添加量。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG425;TG244.3
【部分圖文】：

（1）單輥法單輥法原理圖如圖1-1所示。熔融的金屬液從噴嘴流出，噴射到激冷輥面上，被高速旋轉(zhuǎn)的輥面拉成液膜，然后在離心力的作用下甩出，形成連續(xù)帶材，從而實(shí)現(xiàn)快速凝固。（2）雙輥法雙輥法原理圖如圖 1-2 所示，它是將熔融的金屬液流噴射到兩個(gè)反向高速旋轉(zhuǎn)的激冷圓輥之間，受圓輥的激冷和軋制作用形成薄帶，并實(shí)現(xiàn)快速凝固。圖 1-1 單輥法快速凝固原理圖

）溢流法法原理圖如圖 1-3 所示，該方法是在單輥法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的屬液在噴射過(guò)程中不容易產(chǎn)生紊流，有利于金屬薄帶的成形。圖 1-2 雙輥法快速凝固原理圖

10深過(guò)冷法于大尺寸試件，只能通過(guò)抑制凝固過(guò)程中形核，減少凝固過(guò)程中其在較為緩慢的冷卻條件下也才產(chǎn)生極大的過(guò)冷度，才能完成快度為△T 的條件下，質(zhì)量熱熔為 c 的熔體凝固過(guò)程中需導(dǎo)出的實(shí)際潛熱△h 的關(guān)系可表示為， = 圖 1-3 溢流法快速凝固原理圖
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