本文關(guān)鍵詞：Sn8Zn3Bi-xCu無鉛釬料的性能研究

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【摘要】：出于環(huán)境保護(hù)法規(guī)和微電子高集成化發(fā)展的要求,新型無鉛電子焊料的研究和開發(fā)已成為電子和材料界近年的熱點之一。Sn-Zn系無鉛焊料的共晶成分為Sn-8.8Zn,熔點為198℃,與SnPb焊料的共晶溫度183℃最為接近,同時Zn在地球上的儲量十分豐富、價格低廉,并且力學(xué)性能良好,因此是目前最有前途的無鉛焊料之一。但是Sn-Zn系無鉛焊料潤濕性差,易氧化的缺點阻礙了它的發(fā)展與應(yīng)用。本文在總結(jié)大量關(guān)于Sn-Zn系合金研究的基礎(chǔ)上,以最具應(yīng)用前景的Sn-8Zn-3Bi合金為研究對象,探索采用Cu元素進(jìn)行微合金化等方法,就提高Sn-8Zn-3Bi合金的抗氧化性,進(jìn)一步改善潤濕性以及合金的塑性等性能進(jìn)行了研究。此外,本文還采用時效的方法研究了Sn-8Zn-3Bi-xCu合金與Cu基底釬焊的焊點界面反應(yīng)和界面金屬間化合物長大行為,并探討了Cu對Sn-8Zn-3Bi合金的焊點可靠性的影響。研究表明：向Sn-8Zn-3Bi焊料中添加微量的Cu對合金的熔點有一定的影響,含量在0.3%～0.8%的時候,熔點的變化不大,但是繼續(xù)增加Cu含量會使焊料的熔點大幅上升,并且隨著Cu元素的增加,合金的熔程有上升的趨勢；添加Cu元素可以明顯提高焊料的抗氧化性,減少富Zn相的氧化,從而降低焊料合金的表面張力,使焊料的潤濕性也得到了提高,Sn-8Zn-3Bi-0.5Cu合金具有最佳的潤濕性能。在Sn-8Zn-3Bi合金中添加微量的Cu,由于彌散強化作用和減少了脆性相CuZn金屬間化合物使合金的硬度及剪切強度得到提高,Sn-8Zn-3Bi-1.5Cu合金具有最佳的剪切力學(xué)性能,室溫下合金的剪切強度達(dá)到44MPa。時效前,Sn-8Zn-3Bi-xCu接頭的斷口上有大量的拋物型韌窩,斷裂機(jī)制韌性斷裂；時效后,接頭界面處IMC層長厚,而IMC為脆性相,受到外界應(yīng)力后容易在此處發(fā)生斷裂,因此,焊接接頭的強度下降,且斷裂機(jī)制為脆性斷裂。Sn-8Zn-3Bi-xCu六種合金的焊點在12℃時效過程中界面金屬間化合物(IMC)厚度隨時效時間的延長而增加,在相同時效時間的情況下,SnZnBiCu合金的焊點界面IMC厚度小于Sn-8Zn-3Bi焊點。說明Cu的添加抑制了IMC的生長,因為Cu在時效過程中與Zn結(jié)合產(chǎn)生CuZn中間相化合物,消耗了原先組織中游離的Zn,改變了組織形貌且控制了Zn向界面的擴(kuò)散,從而間接抑制了界面IMC的長大。Sn-8Zn-3Bi無鉛焊料添加了Cu元素以后,平均腐蝕速率呈減小的趨勢,并且腐蝕電位隨著Cu元素的增加而逐漸上升,說明耐蝕性提高了；Sn-8Zn-3Bi焊料在3.5%NaCl溶液中的腐蝕產(chǎn)物包括ZnO, SnO、ZnCl2和Zn5(OH)8Cl2H2O.然而隨著銅含量的增加Zn5(OH)8Cl2.H2O逐漸消失,Cu0和CuCl2出現(xiàn)在腐蝕區(qū)中。新的腐蝕產(chǎn)物使腐蝕區(qū)保持完整而致密,起到了保護(hù)合金不被進(jìn)一步被腐蝕的作用。
【關(guān)鍵詞】：無鉛釬料 Sn8zn3Bi 抗氧化性 潤濕性
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG425
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 電子釬料的應(yīng)用背景12
• 1.3 無鉛焊料的提出12-15
• 1.3.1 含鉛釬料的危害12-13
• 1.3.2 無鉛焊料的立法13
• 1.3.3 無鉛焊料的性能要求13-15
• 1.4 無鉛焊料的研究現(xiàn)狀及趨勢15-18
• 1.4.1 Sn-Ag系無鉛焊料15-16
• 1.4.2 Sn-Cu系無鉛焊料16
• 1.4.3 Sn-Zn系無鉛焊料16-18
• 1.5 Sn-Zn系無鉛焊料的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.5.1 Sn-Zn-Bi18-20
• 1.5.2 Sn-Zn-Cu20
• 1.5.3 Sn-Zn-Al20
• 1.5.4 Sn-Zn-Ag20-21
• 1.5.5 Sn-Zn-In21
• 1.5.6 Sn-Zn-(Re、Ga、P)21
• 1.6 Sn-Zn系無鉛焊料亟待解決的問題21-22
• 1.7 本論文研究的目的及主要內(nèi)容22-23
• 1.7.1 研究目的22
• 1.7.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.8 研究的技術(shù)路線23-24
• 2 Cu元素對Sn-8Zn-3Bi焊料的組織、潤濕和氧化性能影響24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 實驗方法24-29
• 2.2.1 焊料合金的選擇與制備24-25
• 2.2.2 制備焊料小球25-26
• 2.2.3 合金成分、組織及相分析26-27
• 2.2.4 釬料抗氧化實驗27
• 2.2.5 鋪展實驗27-29
• 2.3 實驗結(jié)果與討論29-39
• 2.3.1 顯微組織觀察31-33
• 2.3.2 表面光澤對比33-35
• 2.3.3 潤濕性35-37
• 2.3.4 Cu對合金熔點的影響37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 3 Cu元素對焊點界面及力學(xué)性能的影響40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 實驗材料及方法40-42
• 3.2.1 焊料的硬度測試40-41
• 3.2.2 剪切試樣制備41-42
• 3.2.3 時效處理42
• 3.2.4 剪切斷口形貌觀察42
• 3.3 實驗結(jié)果與分析42-54
• 3.3.1 Cu元素對Sn-8Zn-3Bi焊料界面組織的影響44-45
• 3.3.2 Cu元素對Sn-8Zn-3Bi接頭剪切強度的影響45-46
• 3.3.3 焊點的斷裂位置分析46-48
• 3.3.4 剪切斷口分析48-50
• 3.3.5 Sn-8Zn-3Bi-xCu/Cu界面時效微觀組織演變50-52
• 3.3.6 時效對Sn-8Zn-3Bi-xCu/Cu接頭剪切強度的影響52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 4 Cu對釬料耐蝕性的影響56-65
• 4.1 實驗材料及方法56-58
• 4.1.1 浸泡失重實驗56
• 4.1.2 浸泡失重實驗分析方法56-57
• 4.1.3 電化學(xué)腐蝕試驗57-58
• 4.2 實驗結(jié)果與分析58-64
• 4.2.1 浸泡腐蝕實驗結(jié)果與分析58-61
• 4.2.2 極化曲線分析61
• 4.2.3 釬料腐蝕后的表面形貌61-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：532260