Al-Bi-Cu-Sn-Ag多元系无铅焊料用复合粉体的设计与制备研究

摘要

焊料在电子封装中起着连接、导电、导热等重要作用。传统的锡铅(Sn-Pb)焊料中含有Pb,而Pb对人类的身体健康和环境有极大的危害。因此,无铅焊料的研究已是电子封装领域研究的热点之一。传统上,研究和开发无铅焊料,主要采用尝试法,这种方法耗时耗力。相图是材料设计的重要理论基础,在金属材料设计中发挥着重要作用。它可以减少大量的无铅焊料设计过程中的实验、减小设计开发成本。因此,开展无铅焊料合金体系相图的实验测定与热力学计算,利用数据库进行无铅焊料的成分设计,并通过实验制备无铅焊料用复合粉体材料,将是一项具有重要理论价值与经济价值的研究工作。本论文主要通过实验测定和热力学计算两种途径,对Al-Bi-Sn合金体系的相平衡进行了实验测定与热力学计算,在相关热力学信息的基础上建立了Al-Bi-Cu-Sn-Ag热力学数据库;并利用该数据库,设计和制备了Al-Bi-Sn,Bi-Sn-(Cu,Ag)系无铅焊料用复合粉体,并对其微观结构、成分、熔点以及应用等方面进行了研究,所取得的主要研究成果如下:
　　 (1)首次实验测定了Al-Bi-Sn三元系在400℃和500℃时的等温截面相图。基于本研究的实验结果,并结合已报道Al-Bi-Sn三元系热力学性质及相图的实验数据,采用合理的热力学模型,利用CALPHAD方法,对Al-Bi-Sn三元系的相平衡进行了热力学优化与计算,计算结果与本研究以及文献报道的实验数据取得了良好的一致性。
　　 (2)利用CALPHAD方法,在Al-Bi-Sn三元系中进行无铅焊料用复合粉体合金成分设计。采用雾化法,制各了Al-Bi-Sn复合粉体,并对其微观形貌、成分、熔点以及其在烧结含油轴承领域的潜在应用等进行了研究。
　　 (3)利用CALPHAD方法,在Bi-Sn-Cu-Ag四元系中进行无铅焊料用复合粉体合金成分设计。采用雾化法,制各了Bi-Sn-(Cu,Ag)复合粉体,并对其微观形貌、成分、熔点等进行了研究。该研究可为进一步研究和开发Bi-Sn-(Cu,Ag)无铅焊料提供必要的实验积累和理论指导。