發(fā)布時(shí)間：2020-12-26 04:19

　　國(guó)際無(wú)鉛化的實(shí)施,電子焊料已大部分從有鉛轉(zhuǎn)向無(wú)鉛,無(wú)鉛焊料中Sn30Ag0.5Cu（SAC3005）焊料合金具有良好的可焊性和抗熱疲勞性使其成為替代SnPb37共晶合金的候選者之一,但是其熔點(diǎn)比SnPb共晶高出很多,而且高銀帶來(lái)的高成本限制了其廣泛應(yīng)用。因此本文從焊料合金性能、成本和對(duì)環(huán)境、人體健康的影響三個(gè)方面考慮,對(duì)發(fā)展?jié)摿^大的SnBiCu焊料合金進(jìn)行研究。本文通過(guò)熔煉法制備了SnBi（10-25%）Cu（0.3-0.7%）焊料合金及焊料/Cu基板焊點(diǎn),并在此最佳配方的基礎(chǔ)上添加微量Ag、Ce元素改善焊料性能。采用Thermo-Calc軟件、XRD、掃描電鏡、金相顯微鏡分析焊料的相析出、組織結(jié)構(gòu)及界面金屬間化合物形貌和厚度,采用DSC、潤(rùn)濕天平、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)分析焊料的各項(xiàng)性能。分別研究了Bi、Cu元素對(duì)SnBiCu基礎(chǔ)合金以及微量元素Ag和Ce對(duì)Sn20Bi0.7Cu焊料合金的性能、組織結(jié)構(gòu)與界面結(jié)構(gòu)的影響,著重分析了焊料組織結(jié)構(gòu)與宏觀(guān)性能的內(nèi)在關(guān)系。通過(guò)研究分析期望得到能取代SnPb共晶的SnBiCuAgCe焊料合金配方。研究結(jié)果表明:1、Bi元素能夠有效降低焊料的熔點(diǎn),但同... 

【文章來(lái)源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁(yè)數(shù)】：102 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Cu和Sn的擴(kuò)散和Cu6Sn5溶解的示意圖

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文10根據(jù)Pang.X.Y等人的研究結(jié)果[54]，認(rèn)為Cu3Sn/Cu界面的Bi偏析加速了Sn58Bi/Cu共晶互連中Cu6Sn5的生長(zhǎng)速率。在Cu/Cu3Sn界面存在Bi會(huì)導(dǎo)致更多的原子(包括Cu和Sn原子)被激活。因此，當(dāng)足夠的Bi粒子在界面分離時(shí)，界面上的界面反應(yīng)會(huì)加速。圖1.3IMC生長(zhǎng)過(guò)程示意圖[52]Fig.1.3ThegrowthprocessofIMC1.5.2Ag元素對(duì)Sn/Cu界面的影響Paul等[55]研究表明對(duì)于SnBiCu-xAg復(fù)合焊料，Ag3Sn微粒子的存在不僅會(huì)加速Cu6Sn5層的生長(zhǎng)，也會(huì)減緩了其生長(zhǎng)。Ag3Sn微粒子的表面吸附導(dǎo)致富二價(jià)晶粒細(xì)化，從而削弱了富二價(jià)晶粒的偏析，加速了Cu6Sn5層的生長(zhǎng)。Hu.F.Q等[56]研究了熔融Sne58Bi焊料和Cu基板之間界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)時(shí)效溫度在140至160℃，Cu6Sn5、Cu3Sn化合物層生長(zhǎng)速度增長(zhǎng)較快。此外，他們還發(fā)現(xiàn)添加1-2wt%Cr、Cu、Si、Zn和Ag為Sn58Bi焊料與基板產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，減緩IMC生長(zhǎng)，并發(fā)現(xiàn)添加1wt%Zn導(dǎo)致Cu5Zn8層界面的形成。然而，由于Zn逐漸向熔融焊料表面遷移形成ZnO，所以添加Zn的效果有限。在SnBi焊料中加入1wt%Ag，可輕微降低Cu層的消耗速率。1.5.3稀土元素對(duì)Sn/Cu界面的影響前人的研究表明[57]，在熱時(shí)效過(guò)程中，由于延性差、晶粒粗化等原因，使SnBi焊料

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文13第二章實(shí)驗(yàn)過(guò)程從焊料合金的成本、性能及對(duì)環(huán)境的影響三個(gè)方面考慮，根據(jù)SnPb共晶焊料的熔點(diǎn)183℃，利用Thermo-Calc相圖計(jì)算軟件，大致確定SnBiCu焊料合金的成分范圍，最終Bi的范圍設(shè)定在10-25%，Cu的范圍設(shè)定在0.3-0.7%。對(duì)這些成分的合金進(jìn)行性能測(cè)試，即熔化特性、力學(xué)性能、潤(rùn)濕性、焊點(diǎn)的鋪展面積，鋪展率，潤(rùn)濕角及表面張力、焊料合金金相組織及老化后的組織變化，經(jīng)過(guò)時(shí)效后焊點(diǎn)界面金屬間化合物組成、金屬間化合物生長(zhǎng)情況，界面擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)及形貌變化的研究。綜合分析相組織變化及對(duì)應(yīng)的性能變化的關(guān)系，搞清楚Bi元素以及Cu元素對(duì)焊料宏觀(guān)性能及焊點(diǎn)界面金屬間化合物的影響，確定最佳的SnBiCu成分。在此基礎(chǔ)上添加微量Ag元素，Ag元素的添加范圍為0.1-1.5%，同樣對(duì)焊料合金進(jìn)行以上分析研究，確定Ag元素對(duì)焊料宏觀(guān)性能及焊點(diǎn)界面金屬間化合物的影響，確定最佳的SnBiCuAg成分。根據(jù)SnBiCuAg焊料合金存在的不足，添加微量稀土Ce元素，確定Ce元素的成分范圍在0.1-2.0%，同樣同樣對(duì)焊料合金進(jìn)行以上分析研究，確定Ce元素對(duì)焊料宏觀(guān)性能及焊點(diǎn)界面金屬間化合物的影響，確定最佳的SnBiCuAgCe成分。2.1合金成分設(shè)計(jì)圖2.1為SnBiCu三元相圖，圖2.2為SnBiCu三元相圖局部放大圖。圖2.1SnBiCu三元相圖Fig.2.1SnBiCuternaryphasediagram圖2.2SnBiCu三元相圖局部放大圖Fig.2.2LocalenlargementofSnBiCuternaryphasediagramABCD


本文編號(hào)：2939023