Sn-Ag-Cu釬料由于其優(yōu)越的綜合性能,被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)Sn-Pb釬料的最佳選擇。但目前廣泛應(yīng)用的Sn-3.8Ag-0.3Cu釬料中Ag含量較高,由于Ag價格昂貴,其已難以滿足電子產(chǎn)業(yè)日益增長的成本控制需求。在這一背景下,本文以低銀釬料Sn-0.3Ag-0.7Cu為研究對象,通過“復(fù)合添加”Ga元素和Nd元素來改善釬料Ag含量下降所導(dǎo)致的性能降低,系統(tǒng)地研究了不同Nd元素含量對釬料的組織及性能的影響,探討了復(fù)合添加Ga/Nd元素協(xié)同改善釬料性能的內(nèi)在機(jī)理。采用潤濕平衡法研究了Sn-0.3Ag-0.7Cu-xGa-yNd釬料的潤濕性能,試驗結(jié)果表明,Ga/Nd元素的添加均可以提高釬料的潤濕性能,其中Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd釬料的潤濕時間最短,比Sn-0.3Ag-0.7Cu潤濕時間縮短約37%,釬料的潤濕性能已接近高銀Sn-Ag-Cu釬料的水平。差示掃描量熱法測試結(jié)果顯示,添加了適量的Ga\Nd元素后,釬料的熔化區(qū)間與Sn-3.8Ag-0.7Cu熔化區(qū)間差由7.7°C降至3.9°C,液相線溫度相比母合金下降約2°C;同時,復(fù)合添加Ga/Nd元素還可以有效地改善... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Sn-Cu二元合金相圖

碩士專業(yè)學(xué)位論文復(fù)合添加Ga/Nd對低銀SnAgCu釬料組織和性能的影響5度過高，焊點力學(xué)性能較差，難以擴(kuò)大應(yīng)用面；Sn-Zn系釬料主要優(yōu)點是與Sn-Pb釬料共晶溫度接近，但其較差潤濕性能和抗氧化性能也使該釬料目前的應(yīng)用受到一定程度的限制；Sn-Bi系釬料由于其較低的共晶溫度，可以在較低溫度的軟釬焊中有所應(yīng)用，但是其焊點力學(xué)性能較差。Sn-Ag-Cu系列釬料是以Sn-Ag系列釬料為基體加入Cu元素完善發(fā)展而來的，圖1.2為Sn-Ag-Cu三元合金相圖。該系列的共晶組織主要包含β-Sn、Ag3Sn和Cu6Sn5，共晶溫度為217°C，存在多個Sn-Ag-Cu成分點，熔化區(qū)間大約在217~227°C之間。Sn-Ag-Cu釬料的共晶溫度比Sn-Ag釬料的共晶溫度低，并且其焊點力學(xué)性能和可靠性能更高，還具有潤濕性能與抗熱疲勞較好等特點。由于該系列釬料中相比Sn-Ag系列釬料添加了Cu元素，從而可以一定程度上減緩基板Cu的溶解和擴(kuò)散，降低金屬間化合物界面層的厚度。同時，相比Sn-Cu系列釬料，該系列釬料的力學(xué)性能顯著提升，故而其具有較好的應(yīng)用前景。目前廣泛使用的Sn-Ag-Cu系列釬料的成分主要控制在Sn-3.8Ag-0.7Cu附近，該成分比例的釬料由歐盟提出并主張使用，美國NEMI(國家電子制造協(xié)會)發(fā)起的成分比例為Sn-3.9Ag-0.6Cu，日本JEITA(電子和資訊科技產(chǎn)業(yè)協(xié)會)推薦使用的成分比例有Sn-3.0Ag0.5Cu和Sn-3.5Ag-0.7Cu兩種[19]�？梢园l(fā)現(xiàn)，以上推薦使用的Sn-Ag-Cu系列釬料中Ag的含量均較高，導(dǎo)致釬料生產(chǎn)成本上升，同時高銀Sn-Ag-Cu釬料的焊點還存在抗沖擊性能差的問題，使得低銀Sn-Ag-Cu釬料的研發(fā)逐漸得到重視。圖1.2Sn-Ag-Cu三元合金相圖1.3低銀Sn-Ag-Cu釬料研究現(xiàn)狀

1緒論碩士專業(yè)學(xué)位論文6低銀Sn-Ag-Cu釬料的生產(chǎn)成本顯著下降，并且其焊點具有較佳的抗沖擊與抗跌落性能，就目前研究方向及成果而言，低銀Sn-Ag-Cu釬料主要有Sn-0.3Ag-0.7Cu，Sn-0.5Ag-0.7Cu和Sn-1.0Ag-0.5Cu等，其中比較有代表性且綜合性價比最佳的為Sn-0.3Ag-0.7Cu釬料[20]。但釬料中Ag含量的下降也會引出一系列的問題，如圖1.3所示，Ag含量的降低將導(dǎo)致釬料的熔化區(qū)間增加[21]，同時釬料合金的潤濕性能及焊點力學(xué)性能明顯下降[21,22]。降低釬料中Ag含量是必然的趨勢，但要提高低Ag含量Sn-Ag-Cu釬料的工業(yè)價值和應(yīng)用范圍，必須先改善其Ag含量降低所帶來的問題。首先，低銀Sn-Ag-Cu釬料的設(shè)計可以向多元化方向發(fā)展[23]，可通過向釬料中添加合金元素來提升釬料的性能，起到降低釬料合金的熔化區(qū)間、提高合金的潤濕性能和焊點力學(xué)性能等的作用。此外，還可以通過向釬料中添加顆粒，由此為組織提供大量的異質(zhì)形核核心，從而細(xì)化釬料基體組織并改善焊點力學(xué)性能[24]。以下就兩種性能改善方法分別介紹低銀Sn-Ag-Cu釬料的研究現(xiàn)狀。(a)力學(xué)性能(b)熔化特性(c)潤濕性能圖1.3Ag含量對Sn-Ag-Cu釬料各性能的影響[21,22]合金強(qiáng)化方法是目前改善無鉛釬料組織和性能的最主流的方法，在所有合金元素中稀土元素對釬料的組織和性能的提升最為明顯。稀土元素指在元素周期表的第三副族內(nèi)的17種物理與化學(xué)特性較為類似的元素，其被譽(yù)為金屬材料的“維生素”，少量添加即可顯著改善釬料合金的性能，同時由于添加量極少(一般小于0.1wt.%)，對釬料的成本影響較低。此外，我國的稀土元素儲藏量非常充足，研究稀土元素對釬料組織和性能

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本文編號：3349113