快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料组织与性能的影响

摘要

信息化的到来使得以电子封装技术为基础的电子信息技术在国民经济信息化中起到了决定性的作用,钎料的无铅化早已成为研究热门课题,但是对于无铅钎料的发展及应用,仍有需要改善的不足之处。本文以无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu为主要研究对象,通过改变其冷却凝固速率,采用吸铸法和甩带法两种方法,借助 SEM、XRD、EDS、DTA和可焊性测试仪、焊点强度测试仪等手段,全面地研究了快速凝固速率对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料的显微组织、熔化特性、可焊性及显微硬度和焊点剪切强度等性能的影响。
　　对钎料显微组织分析结果表明:凝固速率明显改变钎料合金的组织形态。吸铸试样从边缘到内部的组织变化显著,边缘区域组织是垂直指向吸铸柱状试样圆心的、细小树枝状先析出相β-Sn,树枝晶之间形成的晶体颗粒细小均匀,中心内部组织是粗大的网格状组织,存在 Ag3Sn和Cu6Sn5化合物;快速凝固条件下,甩带试样组织均匀细小,高熔点Ag3Sn和Cu6Sn5与Sn相形成伪共晶组织,呈小团状或小棒状晶粒,初生相β-Sn与共晶组织的边界变得模糊,在显微组织照片中找不到单独的β-Sn,随着冷却凝固速度的提高,组织晶粒不断减小。
　　对钎料熔化特性及热稳定性研究结果表明:随着冷却凝固速率的增大, Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料的液相线显著降低,固相线缓慢升高,熔程温度范围显著减小。甩带试样的变化趋势大于吸铸试样,其中N11的固相线温度升高到216.94℃,液相线温度降低到218.69℃,熔程缩减至1.75℃。钎料合金在液相线附近出现陡然增重现象,说明钎料在220℃附近极易氧化;而在180℃以下,母材及吸铸试样持续增重,甩带试样出现缓慢增重或零增重现象,快速凝固钎料在电子产品工作条件下,稳定性更好,抗氧化能力更强。对钎料可焊性研究结果表明:冷却凝固速率越快,钎料的最大润湿力提高,其中冷凝速度最大的N11的最大润湿力Fmax为0.85mN远大于母材的Fmax=0.48mN;随着钎料合金冷却凝固速率的增快,钎料的润湿稳定性逐渐降低,润湿稳定性从母材的0.958降低到N11的0.847;而润湿时间随冷凝速度的变化不明显。对钎料的显微硬度研究表明:随着钎料合金冷却凝固速率的加快,钎料的显微硬度是呈线性上升的趋势。吸铸试样及甩带试样的硬度都相对于母材有显著的提高,合金的硬度与合金组织密切相关。快速凝固条件下,得到的合金组织晶体颗粒细小,及Cu6Sn5相和Ag3Sn相以颗粒形式弥散分布在先析出相晶体之间,起到细晶强化和弥散强化的作用,是提高钎料合金力学性能的主要原因。
　　对钎料焊点的可靠性研究结果表明:在焊点大小一致的情况下,快速凝固条件下的钎料焊点成形性更好;随着凝固速率的增加,,凝固速率越快的钎料,其熔程越窄,润湿力越大,钎焊过程中,钎料对母材的铺展润湿性越好,钎料与母材的相互作用更好充分,剪切强度更高。

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Table of Contents

第1章 研究背景和意义

1.1无铅钎料的提出

1.2无铅钎料与表面封装技术

1.3快速凝固钎料的发展与研究

1.4本课题研究目的及内容

第2章 实验材料、设备及方法

2.1快速凝固钎料合金的制备

2.2快速凝固钎料合金的组织与性能测试

第3章 快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu合金微观组织及硬度的影响

3.1 快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu显微组织的影响

3.2快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料显微硬度的影响

3.3 本章小结

第4章 快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu熔化、润湿性及可靠性的影响

4.1快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu熔化特性的影响

4.2快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu润湿性的影响

4.3快速凝固对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点剪切强度的影响

4.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢