本文關(guān)鍵詞：SnAgCuLa無(wú)鉛釬料性能的研究

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【摘要】：SnPb釬料憑借其優(yōu)良的性能而廣泛應(yīng)用于電子封裝行業(yè),但Pb對(duì)環(huán)境及人體有害,故而各國(guó)紛紛開(kāi)始禁止含Pb釬料的使用。在SnPb釬料的替代品中,SnAgCu無(wú)鉛釬料擁有相對(duì)較低的熔點(diǎn)、較好的物理性能和優(yōu)良的可焊性,因而是最主要的替代品。但其仍存在較多不足,與傳統(tǒng)SnPb釬料相比,各性能均略差。目前,研究者們通過(guò)向釬料中加入混合稀土來(lái)改善釬料的性能,同時(shí),通過(guò)在高溫下時(shí)效來(lái)研究時(shí)效時(shí)間與釬料接頭界面金屬間化合物層(IML)之間的關(guān)系。本文選取Sn-3.8Ag-0.7Cu無(wú)鉛釬料為研究對(duì)象,向其中添加不同量稀土La元素(x=0,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5wt.%),研究La對(duì)釬料組織及性能的影響。同時(shí),選取不同的時(shí)效溫度對(duì)釬料及其接頭進(jìn)行溫度時(shí)效,研究時(shí)效溫度對(duì)釬料及其接頭組織的影響。此外,還對(duì)釬料進(jìn)行短時(shí)間中溫時(shí)效處理,對(duì)釬料進(jìn)行壓應(yīng)力加載,研究時(shí)效溫度及壓應(yīng)力對(duì)錫晶須生長(zhǎng)的影響。主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：(1)La添加量為0.05wt.%及0.1wt.%時(shí),與未添加La時(shí)相比,熔化溫度區(qū)間縮小了大約48%；潤(rùn)濕性能提高；釬料顯微組織細(xì)小均勻；剪切強(qiáng)度提升了約13.28%。La添加量超過(guò)0.5wt.%,與未添加La時(shí)相比,熔點(diǎn)相差不大；接頭剪切強(qiáng)度下降了約25%。Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.5La接頭斷裂形式為韌脆混合斷裂,同時(shí)在界面處發(fā)現(xiàn)少量顯微裂紋。(2)少量La的添加對(duì)接頭界面IML形態(tài)影響不大,對(duì)界面IML厚度影響較大。La添加量為0.5wt.%時(shí),相比未添加La時(shí),界面Cu6Sn5層厚度下降約16%,Cu3Sn層厚度下降約26%。繼續(xù)添加La,IML厚度上升。(3)對(duì)釬料及接頭進(jìn)行時(shí)效處理(時(shí)效溫度T為75℃、125℃、160℃),發(fā)現(xiàn)隨時(shí)效溫度提高,釬料組織逐漸由魚(yú)骨狀變成片狀,組織粗化,晶間析出大量金屬間化合物；接頭界面處的IML逐漸由筍狀變得平坦,其厚度也不斷增加。其中,IML厚度與時(shí)效溫度大致呈線性關(guān)系,且少量La的添加可以減小其比例系數(shù)。時(shí)效溫度達(dá)到160℃,界面IML中Cu3Sn層所占比例急劇上升。同時(shí),在75℃時(shí)效后的0.5La釬料接頭界面發(fā)現(xiàn)大量裂紋。(4)將釬料分別置于常溫、50℃、75℃下時(shí)效30min后觀察錫晶須生長(zhǎng)狀況,發(fā)現(xiàn)常溫下基本無(wú)晶須,50℃和75℃下存在少量晶須的生長(zhǎng),50℃下晶須的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。對(duì)釬料加載5MPa的壓應(yīng)力,同時(shí)選取一個(gè)未加載試樣進(jìn)行對(duì)比,于60℃時(shí)效24h,發(fā)現(xiàn)不加載的基本無(wú)晶須,加載的試樣有少量晶須生長(zhǎng)。壓應(yīng)力及中溫時(shí)效對(duì)晶須生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】：SnAgCu無(wú)鉛釬料 稀土La 溫度時(shí)效 界面IML 錫晶須
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG425
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-28
• 1.1 引言16
• 1.2 無(wú)鉛釬料研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 主要無(wú)鉛釬料種類17-19
• 1.2.2 稀土元素在無(wú)鉛釬料中的作用19-20
• 1.3 界面IML生長(zhǎng)研究現(xiàn)狀20-24
• 1.3.1 釬焊過(guò)程中界面IML的生成20-21
• 1.3.2 固態(tài)下接頭界面IML的生長(zhǎng)21
• 1.3.3 Sn基釬料合金與Cu基板的界面反應(yīng)21-22
• 1.3.4 合金元素對(duì)SnAgCu釬料/Cu板界面IML的影響22-23
• 1.3.5 溫度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)對(duì)界面IML生長(zhǎng)的影響23-24
• 1.4 錫晶須24-26
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容及意義26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容及方法28-38
• 2.1 釬料合金的制備28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟28-29
• 2.1.3 注意事項(xiàng)29
• 2.2 DSC實(shí)驗(yàn)29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝參數(shù)30
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟30
• 2.2.3 注意事項(xiàng)30-31
• 2.3 潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)31-32
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝參數(shù)31
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟31
• 2.3.3 注意事項(xiàng)31-32
• 2.4 釬料及接頭顯微組織觀察32
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備及工藝參數(shù)32
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)步驟32
• 2.4.3 注意事項(xiàng)32
• 2.5 接頭剪切試驗(yàn)32-34
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝參數(shù)33
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)步驟33
• 2.5.3 剪切強(qiáng)度計(jì)算公式33
• 2.5.4 注意事項(xiàng)33-34
• 2.6 溫度時(shí)效實(shí)驗(yàn)34-35
• 2.6.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝參數(shù)34
• 2.6.2 實(shí)驗(yàn)步驟34
• 2.6.3 釬焊接頭界面IML厚度計(jì)算方法34-35
• 2.6.4 注意事項(xiàng)35
• 2.7 晶須實(shí)驗(yàn)35-38
• 2.7.1 溫度時(shí)效實(shí)驗(yàn)35
• 2.7.2 壓應(yīng)力實(shí)驗(yàn)35-37
• 2.7.3 注意事項(xiàng)37-38
• 第三章 稀土La對(duì)釬料組織及性能的影響38-52
• 3.1 La對(duì)釬料熔點(diǎn)的影響規(guī)律38-39
• 3.2 La對(duì)釬料潤(rùn)濕性能的影響規(guī)律39-41
• 3.2.1 La對(duì)釬料潤(rùn)濕性能的影響39-40
• 3.2.2 La影響釬料潤(rùn)濕性能的分析40-41
• 3.3 La對(duì)釬料顯微組織的影響規(guī)律41-45
• 3.3.1 La對(duì)釬料顯微組織的影響41-43
• 3.3.2 La對(duì)釬料顯微組織的影響分析43-45
• 3.4 La對(duì)接頭顯微組織的影響規(guī)律45-48
• 3.4.1 La對(duì)接頭顯微組織的影響45-48
• 3.4.2 La對(duì)接頭顯微組織的影響規(guī)律48
• 3.5 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料/Cu接頭力學(xué)性能及分析48-51
• 3.5.1 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料/Cu接頭力學(xué)性能48-49
• 3.5.2 Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.5La釬料/Cu接頭斷口形貌49-50
• 3.5.3 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料/Cu接頭力學(xué)性能分析50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第四章 溫度時(shí)效對(duì)SnAgCu-xLa釬料及其接頭組織的影響52-58
• 4.1 溫度時(shí)效對(duì)Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料組織的影響52-53
• 4.2 溫度時(shí)效對(duì)Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料接頭界面IML的影響53-56
• 4.2.1 溫度時(shí)效對(duì)Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料接頭界面IML的影響規(guī)律53-55
• 4.2.2 溫度時(shí)效對(duì)Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa釬料接頭界面IML的影響分析55-56
• 4.3 溫度時(shí)效后接頭裂紋現(xiàn)象56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第五章 錫晶須生長(zhǎng)的問(wèn)題58-61
• 5.1 溫度處理對(duì)錫晶須生長(zhǎng)的影響58-59
• 5.2 壓應(yīng)力對(duì)錫晶須生長(zhǎng)的影響59-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第六章 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 本文主要結(jié)論61-62
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 研究前景和展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：812012