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】：

圖１－１?Ｓｎ５３Ｂｉ－１２Ｉｎ組織形貌?

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

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
[1]中國近十年綠色焊接技術(shù)研究進展[J]. 薛松柏,王博,張亮,龍偉民.  材料導(dǎo)報. 2019(17)
[2]Ge對Sn-Bi-Ag焊料合金性能的影響[J]. 滕媛,徐鳳仙,嚴繼康,呂金梅,趙玲彥,肖倩.  昆明理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(02)
[3]Al和Cu對Sn-20Bi合金組織、導(dǎo)電率與抗腐蝕性的影響[J]. 李吉東,楊文超,李逸泰,湛永鐘,馮均利,吳景武.  廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(05)
[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)
[5]稀土Y對Sn-58Bi焊料合金組織性能的影響[J]. 龔留奎,廖金發(fā),袁繼慧,李貴河,陳輝明.  航空材料學(xué)報. 2018(04)
[6]Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu釬焊接頭的熱時效行為[J]. 周仕遠,楊莉,朱路,宋兵兵.  金屬熱處理. 2018(06)
[7]Ce對Sn-58Bi合金組織與性能的影響[J]. 廖金發(fā),龔留奎,袁大偉,王東東,陳輝明.  過程工程學(xué)報. 2018(03)
[8]Sn58Bi-xW復(fù)合釬料焊點微觀組織及性能的研究[J]. 王國強,楊莉,張堯成.  電子元件與材料. 2017(11)
[9]Sn-Bi-In低溫?zé)o鉛釬料的組織和性能[J]. 李琴,雷永平,符寒光,林健.  稀有金屬材料與工程. 2017(10)
[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