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Sn58Bi-X無鉛釬料組織及性能研究

發(fā)布時間:2020-12-16 21:16
  隨著電子產(chǎn)品小型化、輕薄化、低成本等發(fā)展需求,使得因材料熱膨脹系數(shù)不同帶來的翹曲、變形導(dǎo)致的開裂,橋連及球窩等失效風(fēng)險越來越大,故而降低釬焊溫度成為解決失效問題的有效途徑。加之環(huán)境保護問題成為全球關(guān)注的熱點問題,無鉛釬料的應(yīng)用已成為必然趨勢。因此,研制釬焊溫度更低、焊接可靠性更高的無鉛釬料已成為在電子封裝領(lǐng)域亟待研究的課題。本文以具有較低熔點的Sn58Bi釬料作為研究對象,采用添加Ag、Zn、Sb、Ge的合金化方式改善其組織與性能。并分析討論了合金元素對釬料、焊點的組織,潤濕性能及力學(xué)性能的影響,得到如下結(jié)論:(1)首次提出了 Sn58Bi-Ag-Zn-Sb-Ge合金體系。與Sn58Bi釬料相比,釬料中生成了Ag5Zn8、Sb2(Sn,Zn)3化合物相,β-sn總量與枝晶含量顯著增加,二次枝晶臂間距、共晶片層間距減小,而Ge的添加使組織進一步細化。(2)提出了一種適用于軟釬料潤濕性能評價的指標——鋪展面積系數(shù),且鋪展面積系數(shù)結(jié)果與釬料潤濕平衡試驗結(jié)果更為吻合。Sn58BilAg釬料中添加1wt.%Zn或Sb時,釬料潤濕性能明顯提高。添加Ag、Zn、Sb和Ge的多元合金化可明顯促進釬料潤... 

【文章來源】:機械科學(xué)研究總院北京市

【文章頁數(shù)】:91 頁

【學(xué)位級別】:碩士

【部分圖文】:

Sn58Bi-X無鉛釬料組織及性能研究


圖1-1?Sn53Bi-12In組織形貌?

形貌,初生,三元,形貌


Ag3Sn。??此外,朱路等還發(fā)現(xiàn),隨著Ag含量的升高,組織中出現(xiàn)e-Ag3Sn初生相并逐漸??粗化,并由于凝固過程中的形核質(zhì)點增加組織發(fā)生細化。在Sn38BiO.?5Ag中添加Ge,??則會形成均勻分布于Sn基體中的Ag3Sn、SnGe點狀相,而在Sn4Bi2AgO.?5SCuO.?lGe??中觀察不到SnGe的形成[24’371。??In、Al也會改變顯微組織,除了生成0-Sn初生相和(P-Sn?+?Bi)共晶外,添加??In會在日-Sri基體中還會析出細小的Biin球形顆粒(見圖1-1),添加A1會生成??顆狀單質(zhì)A1相,且Bi相附著A1相生長[38’w](見圖1-2)。添加0.5wt.%Ni時,不??僅會形成Ni3Sn4,復(fù)合釬料的P?-Sn、P?-SnBi和Bi相的晶胞體積和晶粒尺寸都減??小,而且發(fā)現(xiàn)SnBi-INi釬料經(jīng)過120h時效后微觀結(jié)構(gòu)反而變得細化,其中可能的??原因是在時效過程中Ni可以增加Sn和Bi的相互溶解度[|7]????編幽??圖1-1?Sn53Bi-12In組織形貌?圖1-2?Sn20Bi_0.?3A1組織形貌??0^〇等^將2、3wt.%的Zn加入Sn42Bi中,組織為初生富錫相或富鋅相、(Sn+Zn)??共晶組織和(Sn+Bi+Zn)三元共晶組織。在Sn42Bi3Zn中可以觀察到共晶(Sn+Zn)??結(jié)構(gòu)(見圖卜3(a)),而Sn42Bi2Zn中很少(見圖卜3(b))。Bi相的很大一部分??轉(zhuǎn)化為精細的球狀結(jié)構(gòu),而不是棒狀薄片“'SnSZWBi釬料添加0.?5-1.?5wt%的Sb,??形成均勻的Sn-Zn共晶相與彌散分布的細。?-Zn相且得到細化,故而釬料的抗拉??強度、屈服

強度,硬度,塑性


I???機械科學(xué)研宂總院碩士學(xué)位論文???Cu6Sn5可阻礙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生長使得組織細化[43]。???■■??(a)?Sn-42Bi-3Zn?(b)?Sn-42Bi-3Zn??圖1-3?Zn對Sn42Bi釬料組織的影響??1.?3.4力學(xué)性能??少量的Ag對塑性及強度有顯著改善作用,Sn38BiO.?7Ag抗拉強度接近于80MPa,??延伸率為20%,接近于Sn-Pb焊料[23]。添加Ag納米顆粒也可起到提高共晶釬料的綜??合機械性能的目的[44]。A1和A1A的添加,分別使得Sn58BilAl和Sn58Bi0.5Al203??釬料的拉伸強度拉伸強度增加9.?57%和22%[26’3U?451。??由于In可以大量固溶于Sn基體中,有助于改善合金的塑性,但隨著基體中In??含量達到飽和析串Biin相顆粒,合金塑性逐漸惡化,故而使得SnTBi-In釬料抗拉??強度隨著含量增加先略有下降后小幅回升,延展性呈先增大后降低的趨勢,且In??的添加使釬料的硬度明顯升高溫立哲等[29]研究發(fā)現(xiàn),由于Mg可固溶于a和P??相,起到固溶強化的作用,從而提高釬料的硬度,當(dāng)Mg濃度為lwt.%時,硬度達到??最大值52.3HV。??有研究發(fā)現(xiàn),在Sn58Bi中加入Zn,形成了高長徑比的針狀富鋅與較大的空洞,??從而降低了焊點的剪切強度、延伸率。但在加入Zn和Cu,可使組織得到細化,并??形成和二相粒子,使得釬料的顯微硬度有所提高<71。??G‘2()fEza?硬度?^??;:1?1?1?1?|??S?008?|?||||??0?0.5?1.0?1.5?2.0??圖1-4?La203對強度的影響??對于稀土元素的研

【參考文獻】:
期刊論文
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[4]微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢研究[J]. 周泰.  現(xiàn)代信息科技. 2018(08)
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[10]微電子封裝的發(fā)展歷史和新動態(tài)[J]. 華冰鑫,李敏,劉淑紅.  產(chǎn)業(yè)與科技論壇. 2017(16)

博士論文
[1]Sn-Bi基焊料組織與性能研究[D]. 陳旭.東南大學(xué) 2017
[2]低熔點無鉛焊料Sn-Bi-X的研制與無鉛焊接工藝研究[D]. 李元山.湖南大學(xué) 2007
[3]電子封裝中無鉛焊點的界面演化和可靠性研究[D]. 孫鵬.上海大學(xué) 2008

碩士論文
[1]低溫軟釬焊用Sn—58Bi預(yù)成型焊片的制備及回流焊點的性能研究[D]. 周舟.華南理工大學(xué) 2018



本文編號:2920787

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