低银无铅微焊点力学行为及界面IMC演变

摘要

低银Sn-Ag-Cu系无铅钎料由于具有较低的成本及较好的抗跌落性能等特点，目前已成为最有潜力替代SnPb钎料的合金体系，但在实际应用中还存在熔点高、氧化快、润湿性不足、热疲劳性能较差等问题，因此可以通过向合金中添加一元或多元微量元素将这些问题逐渐消除，使其基本上达到或优于已经市场化的高银钎料SAC305。本文以本实验室已研究出来具有低熔点和良好润湿性等特点的SAC-Bi低银无铅钎料为基体，通过添加不同含量的Ni元素(0～0.15％)，在环境温度为160℃，经过0h，200h，400h时效处理后，研究Ni元素对微焊点的剪切强度、体钎料的弹性模量、硬度及塑性等细观力学行为的影响，并从微观角度研究Ni元素对微焊点界面金属间化合物形貌、生长速率的影响。为进一步提高新型低银无铅钎料的剪切强度，通过改变焊接参数（峰值温度、冷却速度），研究新型无铅钎料的IMC颗粒尺寸和剪切强度变化规律。为了得到精确的剪切强度，减小由剪切参数带来的误差，通过改变剪切参数（剪切高度、剪切速度、焊盘直径），研究微焊点剪切强度变化情况。
　　研究结果表明:SAC-Bi-xNi/Cu在老化前后，当钎料中Ni含量为0.10％时，可以得到较大的剪切强度、弹性模量、硬度、塑性以及焊点剪切断口上较少的韧窝数量;当添加Ni元素的含量为0.05％时，可以得到较小的接头IMC层厚度。老化后焊点的IMC颗粒尺寸明显增大，IMC层厚度增加，力学性能都有所下降。IMC颗粒尺寸随着Ni含量的增加而逐渐减小。
　　微焊点IMC颗粒尺寸随着峰值温度的升高而逐渐增大;当峰值温度为250℃时钎焊接头的剪切强度达到最大值。微焊点IMC颗粒尺寸随着冷却速度的降低而逐渐增大;空冷时焊点的剪切强度最大。
　　焊盘直径不变时，在剪切速度一定的条件下，焊点的剪切强度随剪切高度的增加而减小;在剪切高度一定的条件下，焊点的剪切强度随着剪切速度的增加而增大，当剪切高度大于50μm，剪切速度大于0.1mm/s时，焊点的剪切强度下降幅度比较小;当剪切速度和剪切高度皆为定值时，焊点的剪切强度随球径的增大而不断减小，当小球直径大于760μm时焊点的剪切强度下降幅度比较大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 低银无铅钎料的提出

1．3 微焊点力学性能的研究现状

1．3．1 微焊点剪切实验的研究现状

1．3．2 微焊点纳米压痕实验的研究现状

1．4 微焊点焊接工艺的研究现状

1．5 本课题的研究意义及研究内容

1．5．1 本课题的研究意义及课题来源

1．5．2 研究内容

第2章 实验材料及分析方法

2．1 引言

2．2 钎料合金的制备

2．3 BGA焊料球的制备

2．4 SAC-Bi-xNi／Cu焊点的制备

2．5 金相试样的制备

2．6 深腐蚀技术

2．7 焊点力学性能测试

2．7．1 剪切强度测试

2．7．2 纳米压痕测试

2．8 本章小结

第3章 Ni元素对SAC-Bi-xNi／Cu力学性能及IMC形貌的影响

3．1 引言

3．2 SAC-Bi-xNi／Cu焊点力学性能分析

3．2．1 时效前后SAC-Bi-xNi／Cu焊点的剪切强度

3．2．2 时效前后SAC-Bi-xNi／Cu体钎料的硬度

3．2．3 时效前后SAC-Bi-xNi／Cu体钎料的弹性模量

3．2．4 未时效SAC-Bi-xNi／Cu体钎料的塑性

3．3 SAC-Bi-xNi／Cu界面反应分析

3．3．1 Ni含量与界面IMC层厚度的关系

3．3．2 Ni含量与界面IMC形貌的关系

3．3．3 Ni含量与断口形貌的关系

3．4 本章小结

第4章 回流焊工艺与微焊点IMC形貌及剪切强度的关系

4．1 引言

4．2 峰值温度与接头IMC形貌和剪切强度的关系

4．2．1 IMC形貌分析

4．2．2 剪切强度分析

4．3 冷却速度与接头形貌和剪切强度的关系

4．3．1 IMC形貌分析

4．3．2 剪切强度分析

4．4 本章小结

第5章 剪切试验参数分析

5．1 引言

5．2 剪切高度

5．3 剪切速度

5．4 小球体积

5．5 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