微量稀土元素Sm对Sn-Ag-Cu无铅钎料组织与性能的影响

摘要

随着电子封装技术无铅化进程不断推进，无铅微焊点研究已经成电子封装领域的重要课题之一。Sn-Ag-Cu系钎料合金由于具有低熔点及高可靠性，在实际应用过程中被认为是替代有铅钎料的优良产品。但其在服役过程中仍存在不足，添加第四项微量合金元素被认为是提高无铅钎料性能有效途径之一。
　　本文通过添加微量稀土钐（以下用 Sm表述）来改善 SnAgCu钎料的不足之处，系统的研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu-XSm（X=0,0.025,0.05,0.1,0.2 wt.％）钎料的性能、显微组织以及剪切强度，并对Sm元素的作用机制进行了讨论。
　　研究不同 Sm含量对于 SnAgCu钎料熔点的影响，结果表明适量 Sm元素的加入可以降低 SnAgCu钎料熔点，随着 Sm含量的增加熔点而先降低后升高，当Sm含量在钎料中所占比例为0.1 wt.％时熔点最低为217.19℃。
　　采用铺展面积的方法研究了不同 Sm含量对SnAgCu钎料润湿性能的影响。结果表明，适量 Sm元素的添加可以改善 SnAgCu钎料的润湿性能，当稀土元素Sm的含量在0.05 wt.％时润湿性能最佳，但由于稀土元素的氧化性，过多的添加会由于氧化作用的存在而降低钎料的润湿性。
　　利用扫描电镜（SEM）和 AutoCAD软件研究了不同 Sm含量对时效前后焊点界面化合物显微组织形貌及厚度的影响。Sm含量在0.05％时，界面化合物形貌变得趋于平整均匀，钎料与界面化合物的过渡缓和；Sm含量在0.025-0.1％之间，界面化合物厚度明显较薄。时效后，含有稀土元素 Sm的界面形貌相对于无 Sm组别更加平整，随着 Sm含量的增加，界面化合物的厚度先降低后升高。钎料中含有稀土元素Sm时，时效后界面化合物增长的厚度较小。
　　研究不同 Sm含量对直径为1000μm无铅微焊点在PCB板上剪切强度的影响，并做了400 h时效实验。结果显示时效前当稀土元素Sm含量为0.05％时剪切强度达到最大值。时效400 h后，随着稀土元素 Sm含量的增加，焊点的剪切强度先升高后降低，钎料中含有稀土元素Sm时，其剪切强度更高。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2课题研究背景

1.3电子封装研究现状

1.4无铅钎料研究现状

1.5稀土元素在电子封装无铅钎料中的作用

1.6本论文研究意义及内容

第2章 研究材料与方法

2.1引言

2.2钎料合金制备

2.3钎料熔点实验

2.4钎料润湿性实验

2.5界面金属间化合物的显微观察

2.6剪切试验

2.7等温时效试验

2.8本章小结

第3章 稀土元素Sm对于SAC305钎料熔点及润湿性的影响

3.1引言

3.2稀土元素Sm的加入对于钎料熔点的影响

3.3稀土元素Sm的加入对于钎料润湿性的影响

3.4本章小结

第4章 稀土元素Sm对于SAC305/Cu焊点界面及显微组织的影响

4.1引言

4.2时效前 SnAgCu-XSm/Cu 焊点界面形貌、界面化合物厚度

4.3时效后 SnAgCu-XSm/Cu 焊点界面形貌、界面化合物厚度

4.4本章小节

第5章 稀土元素Sm对于SAC305/Cu焊点剪切强度的影响

5.1引言

5.2时效前SnAgCu-XSm/Cu焊点最大剪切强度

5.3时效后SnAgCu-XSm/Cu焊点最大剪切强度

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢