發(fā)布時間：2020-05-26 11:48

【摘要】：電子封裝技術(shù)向高密度和小型化方向發(fā)展。由于錫鉛釬料具有毒性而被廣泛禁止使用,尋找性能上替代錫鉛合金的無鉛高可靠性焊料已成為研究的熱點和亟需解決的問題。Sn Bi共晶釬料作為低熔點替代傳統(tǒng)錫基含鉛釬料之一,具有成本低優(yōu)勢,兼容傳統(tǒng)SMT設(shè)備及工藝,可用于低溫焊接領(lǐng)域。然而,Sn Bi共晶釬料中Bi含量較高,導(dǎo)致焊后接頭存在硬、脆等失效風(fēng)險,如何提高其釬焊接頭力學(xué)性能、改善長期服役的可靠性,成為亟待解決該類釬料合金的關(guān)鍵問題。本課題通過摻雜納米SiC顆粒,采用超聲輔助機(jī)械混合和冷壓壓片的方法制備了復(fù)合釬料預(yù)制片,探討了納米SiC顆粒含量以及超聲輔助熱壓回流的功率參數(shù)對復(fù)合釬料焊接性能的影響。本課題對納米SiC顆粒增強(qiáng)的Sn Bi釬料的顯微微觀組織進(jìn)行了分析表征。結(jié)果表明,在0.2 wt.%~0.8 wt.%含量范圍內(nèi),隨著納米SiC顆粒含量的增加,Sn Bi復(fù)合釬料合金組織的平均相尺寸先減小后增大。熱輸入能有效促進(jìn)納米SiC顆粒的均勻分布,施加超聲振動后,在聲流效應(yīng)和空化效應(yīng)下增加了釬料內(nèi)部的熱輸入,改善了釬料內(nèi)部顆粒的分散性,避免SiC與Sn Bi密度相差懸殊而導(dǎo)致的上浮團(tuán)聚,提高了納米SiC顆粒與微米Sn Bi顆�；旌虾笾频脧�(fù)合釬料的潤濕性,使納米SiC在復(fù)合釬料熔融冷卻后呈彌散分布狀態(tài)。在超聲500 W時,納米SiC分布彌散效果最優(yōu),納米SiC含量達(dá)到0.6 wt.%時,共晶組織中β-Sn相平均相尺寸達(dá)到最小值0.49μm。通過對納米SiC顆粒增強(qiáng)的Sn Bi復(fù)合釬料進(jìn)行DSC分析、顯微維氏硬度測試、接頭剪切強(qiáng)度測試、斷口形貌表征,研究結(jié)果表明:隨著摻雜納米SiC含量增加,熔點下降明顯,但降幅均在1℃以內(nèi),對釬料熔點影響不大。經(jīng)過熱壓回流和超聲回流過程,摻雜不同含量納米SiC顆粒的Sn Bi復(fù)合釬料合金的接頭硬度發(fā)生了明顯的變化。熱壓回流后,硬度值下降了大約50%,超聲回流后硬度基本維持不變,部分樣品硬度略微增長。在納米SiC顆粒含量達(dá)到0.6 wt.%時,剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值33.15 MPa,相比于原始Sn Bi共晶釬料的剪切強(qiáng)度16.65 MPa,提升了99.1%,當(dāng)納米SiC顆粒含量超過0.6 wt.%時,復(fù)合釬料連接接頭的剪切強(qiáng)度呈下降趨勢。
【圖文】：

- 4 -圖 1-1 SiC 顆粒摻雜 SnBi 共晶釬料不同老化時間焊縫組織對比[37]a) SnBi 老化 0 小時 b) SiC+SnBi 老化 0 小時 c) SnBi 老化 100 小時d) SiC+SnBi 老化 100 小時 e) SnBi 老化 400 小時 f) SiC+SnBi 老化 400 小時Gao 等人[38]在 Sn58Bi 釬料重熔過程中加入 0.1-1.5 wt. % La2O3，制備出復(fù)合釬料。研究表明，La2O3的摻雜使晶粒尺寸減小，同時使富 Sn 相和富 Bi 相分布更加均勻，富 Bi 相的偏聚得到有效抑制，從而降低了釬料合金的脆性。此外，納米壓痕硬度結(jié)果表明，合金的硬度隨 La2O3的摻雜而提高。Sn58Bi 釬料未摻雜和摻雜 0.5 wt. % La2O3后的顯微組織對比如圖 1-2 所示。

圖 1-2 Sn-58Bi 釬料的微觀組織[38]a) Sn-58Bi b) Sn-58Bi-0.5La2O3景等人[39]研究了在 Sn58Bi 釬料中摻雜不同量的 Al2O3顆粒之后，對釬料的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能以及鋪展性的影響。研究表明，摻雜 Al2O3顆粒后，呈片層狀共晶分布組織的層片間距縮小，其微觀組織細(xì)化效果顯著；當(dāng)摻雜的 Al2O3顆粒達(dá)到 0.5 wt. %時，得到最佳的細(xì)化效果和潤濕性；但是當(dāng)摻雜的 Al2O3顆粒增加至 1.0 wt. %時，顯微組織并未進(jìn)一步細(xì)化。隨著摻雜 Al2O3顆粒的增多，微接頭的強(qiáng)度和伸長率增大；鋪展系數(shù)隨摻雜量的增加先增大后減小。Liu 等人[40]在 Sn58Bi 釬料合金中摻雜 Cu6Sn5顆粒，研究該顆粒對 Sn58Bi釬料合金的潤濕性、微觀結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能的影響。研究表明，Cu6Sn5顆粒在Sn58Bi中的摻雜導(dǎo)致復(fù)合釬料的粘性增強(qiáng)，釬料的流動性變差，從而使?jié)櫇裥宰儾睿坏捎?Cu6Sn5顆粒在在釬料中分布均勻，β-Sn 相和富 Bi 相在回流 1min 和 30min后的晶粒細(xì)化效果顯著，同時相的偏聚也得到有效抑制，因此潤濕性的略微降低尚可接受。此外，Cu6Sn5顆粒摻雜后，，復(fù)合釬料接頭的剪切強(qiáng)度增加。采用不摻雜和摻雜 Cu6Sn5顆粒的復(fù)合釬料回流后的顯微組織形貌如圖 1-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG425

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 景延峰;楊莉;葛進(jìn)國;張堯成;;Al_2O_3顆粒對Sn58Bi釬料組織及力學(xué)性能的影響[J];熱加工工藝;2015年21期

2 李曉延,嚴(yán)永長;電子封裝焊點可靠性及壽命預(yù)測方法[J];機(jī)械強(qiáng)度;2005年04期

3 吳京洧,楊建國,方洪淵;復(fù)合釬料的特點及研究現(xiàn)狀[J];焊接;2002年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄧春鋒;碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2681788