本文關(guān)鍵詞：Ga對(duì)低銀Sn-Ag-Cu無鉛釬料的組織和性能的影響

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【摘要】：鑒于鉛對(duì)健康和環(huán)境安全的危害性,無鉛釬料在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的制造中正得到越來越廣泛的應(yīng)用,而Sn-Ag-Cu釬料則被實(shí)踐證明是最能替代傳統(tǒng)Sn-Pb釬料的無鉛釬料。然而,由于世界經(jīng)濟(jì)的低迷對(duì)電子產(chǎn)業(yè)的影響,對(duì)于無鉛釬料提出了更高的要求,共晶或近共晶的Sn-3.0~3.8Ag-Cu釬料已經(jīng)無法滿足電子行業(yè)“低成本、高品質(zhì)”的要求。本文以低銀的Sn-0.5Ag-0.7Cu釬料為研究對(duì)象,提出通過向釬料中添加合金元素Ga來優(yōu)化合金性能,探究Ga對(duì)釬料組織與性能的影響規(guī)律,提高釬料的綜合性能,以使Sn-0.5Ag-0.7Cu-Ga無鉛釬料滿足電子行業(yè)“低成本、高品質(zhì)”制造的要求。試驗(yàn)結(jié)果表明:稀有元素Ga的添加可以顯著細(xì)化Sn-0.5Ag-0.7Cu釬料的基體組織,使基體中的IMC顆粒變得細(xì)小且分布均勻。當(dāng)Ga的含量達(dá)到0.5wt.%時(shí),顯微組織最為均勻,晶粒也達(dá)到了最高程度的細(xì)化,但過量的添加會(huì)在界面處析出黑色的富鎵相;Ga的添加使釬料的熔點(diǎn)稍有降低,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有釬焊設(shè)備造成太大影響。采用潤(rùn)濕平衡法和高溫氧化增重法,分別對(duì)添加Ga元素對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu釬料的潤(rùn)濕性能和抗氧化性能的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:微量Ga的添加可以有效地改善釬料的潤(rùn)濕性能和抗氧化性能。作為表面活性元素,Ga會(huì)聚集在液態(tài)釬料的表面,大大地降低了液態(tài)釬料的表面張力,改善了釬料的流動(dòng)性,從而提高了釬料的潤(rùn)濕性能。但是,當(dāng)Ga的添加量超過0.5%之后,由于富鎵相分布不均勻,會(huì)對(duì)釬料的潤(rùn)濕性造成不利影響;由于Ga元素不易氧化,從而也能顯著地提高了釬料的抗氧化能力,245℃、60h的條件下,Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga釬料的氧化增重仍然只有Sn-0.5Ag-0.7Cu釬料氧化增重的一半。對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu焊點(diǎn)組織分析發(fā)現(xiàn),Ga的添加量≤0.5%時(shí),Ga對(duì)焊點(diǎn)內(nèi)部組織的影響主要表現(xiàn)在組織內(nèi)部IMC顆粒的細(xì)化作用。焊點(diǎn)界面組織的Cu6Sn5化合物層變得光滑平坦,且厚度有所變薄,焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度有較大的提高,Ga含量為0.5%時(shí)提高了17.9%。分析焊點(diǎn)在150℃的恒溫時(shí)效過程發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)效的進(jìn)行,Sn-0.5Ag-0.7Cu和Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga兩種釬料的焊點(diǎn)界面層化合物厚度幾乎呈線性增長(zhǎng),但含Ga釬料的界面層的增長(zhǎng)速度較慢,由此可見,Ga元素的添加對(duì)釬料焊點(diǎn)界面化合物的生長(zhǎng)起到了顯著的抑制作用;此外,隨著時(shí)效時(shí)間增加,焊點(diǎn)力學(xué)性能雖然有所下降,但經(jīng)過720h時(shí)效后的Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度仍高于Sn-0.5Ag-0.7Cu未時(shí)效時(shí)的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果和理論分析表明,Ga的添加明顯地抑制了時(shí)效過程中焊點(diǎn)界面化合物的生長(zhǎng)速度,有利于焊點(diǎn)力學(xué)性能的保持,從而大大提高了Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga焊點(diǎn)的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：無鉛釬料 潤(rùn)濕性能 顯微組織 界面 可靠性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG425
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 選題背景12
• 1.2 軟釬焊技術(shù)的應(yīng)用背景12-14
• 1.3 無鉛釬料的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 釬料的無鉛化進(jìn)程14-15
• 1.3.2 無鉛釬料合金體系15-17
• 1.3.3 Sn-Ag-Cu系無鉛釬料的特點(diǎn)17-18
• 1.4 Sn-Ag-Cu無鉛釬料的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.4.1 Sn-Ag-Cu無鉛釬料國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.2 低銀Sn-Ag-Cu無鉛釬料的提出22-23
• 1.5 本課題的研究意義與內(nèi)容23-25
• 1.5.1 本課題的研究意義23
• 1.5.2 本課題的研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 研究方法與試驗(yàn)過程25-34
• 2.1 試驗(yàn)方案的制定25
• 2.2 釬料合金的成分設(shè)計(jì)與制備25-26
• 2.3 釬料熔化溫度測(cè)試以及抗氧化性能測(cè)試26-27
• 2.3.1 熔化溫度測(cè)試26-27
• 2.3.2 抗氧化性能測(cè)試27
• 2.4 釬料潤(rùn)濕性能測(cè)試27-29
• 2.4.1 潤(rùn)濕平衡法27-28
• 2.4.2 試驗(yàn)材料28-29
• 2.4.3 試驗(yàn)設(shè)備及步驟29
• 2.5 釬料合金基體組織及焊點(diǎn)顯微組織29-31
• 2.5.1 釬料基體組織觀察30
• 2.5.2 Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu焊點(diǎn)顯微組織觀察30
• 2.5.3 時(shí)效處理30-31
• 2.6 微焊點(diǎn)力學(xué)性能試驗(yàn)31-34
• 2.6.1 片式電阻元件的釬焊31
• 2.6.2 焊點(diǎn)力學(xué)性能的試驗(yàn)方法31-34
• 第三章 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料組織及性能的影響34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料基體組織的影響34-38
• 3.3 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料的熔化溫度的影響38-40
• 3.4 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料潤(rùn)濕性的影響40-42
• 3.5 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料抗氧化性的影響42-44
• 3.5.1 高溫氧化法42-43
• 3.5.2 高溫氧化增重法試驗(yàn)43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 第四章 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料焊點(diǎn)組織和力學(xué)性能的影響46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料焊點(diǎn)組織的影響46-49
• 4.2.1 焊點(diǎn)組織46-47
• 4.2.2 焊點(diǎn)界面組織47-49
• 4.3 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料焊點(diǎn)界面組織的影響機(jī)制的分析49-51
• 4.4 Ga對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu無鉛釬料焊點(diǎn)力學(xué)性能的影響51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 時(shí)效對(duì)Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga無鉛釬料焊點(diǎn)可靠性的影響53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 時(shí)效過程中Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu無鉛釬料焊點(diǎn)界面組織的演化53-58
• 5.2.1 Ga對(duì)時(shí)效過程中界面顯微組織的影響53-56
• 5.2.2 時(shí)效過程中焊點(diǎn)界面組織演化分析56-58
• 5.3 焊點(diǎn)界面金屬間化合物的生長(zhǎng)機(jī)制分析58-59
• 5.4 時(shí)效過程中Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu無鉛釬料焊點(diǎn)的力學(xué)性能的變化59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-62
• 第六章 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70

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