纳米颗粒掺杂对Sn-Ag-Cu无铅焊料组织和性能的影响

发布时间：2020-11-20 10:13

　　 Sn-Ag-Cu合金凭借其优异的综合性能被公认为是最有潜力可以替代Sn-Pb焊料的合金体系。然而,与传统的Sn-Pb焊料相比,Sn-Ag-Cu焊料仍然存在一些缺点。随着纳米技术的不断成熟,通过添加纳米颗粒的办法来对焊料进行改性可能会是未来重要的研究方向。本文选取了Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料作为基体,纳米Ag_3Sn和Cu_3Sn颗粒作为添加成分,研究了不同的纳米颗粒添加量对Sn-Ag-Cu焊料组织和性能的影响。结果表明:添加0.3%的纳米颗粒对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料的组织和性能的改善作用是最明显的。适量添加纳米Ag_3Sn和Cu_3Sn颗粒可以改善焊点界面金属间化合物的形貌,减小其厚度,并减小其生长速度常数,抑制时效过程中界面IMC的过度生长。当添加过量时,界面IMC的形貌会变得不均匀,厚度增加,生长速度常数也会变大。纳米Ag_3Sn和Cu_3Sn颗粒可以细化焊料的微观组织。当添加0.3%的纳米Ag_3Sn和Cu_3Sn颗粒时,焊料基体的晶粒尺寸最小,继续添加纳米颗粒,细化作用逐渐减弱。纳米Ag_3Sn和Cu_3Sn颗粒对焊料熔化曲线上的各温度点影响很小,但是可以降低焊料的熔化区间。0.3%的添加量对焊料润湿性能的改善作用最明显,当添加量大于0.3%时,焊料的润湿性能反而变差了。适量添加纳米颗粒可以提高焊料的抗腐蚀性能,添加过量则会使焊料的抗腐蚀性能恶化。抗腐蚀性能随着时效时间的增加逐渐降低,纳米颗粒可以在一定程度上缓解时效对焊料抗腐蚀性能的恶化。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TG42
【部分图文】：

上海交通大学硕士学位论文力越大，润湿时间越短，则说明其润湿性能越好。焊料在焊接过程中受热会变熔融态，此时的焊料可以与基板润湿[7-9]。接着在温度下降的过程中，焊料会凝并形成焊点。熔融、润湿并且凝固的整个过程持续时间非常短，大约只有 3-钟。一个完整的电子化设备中包含的焊点数数以千计。如果其中的某个焊点因焊料的润湿性能不佳从而发生了虚焊的情况，那么就可能会使整个设备发生故影响其使用，造成的损失可以说是非常大的。新元素的加入应该能降低纯 Sn 的面张力以提高焊料的润湿性。对新焊料来说，优良的润湿性是非常必要的，也判断焊料质量好与坏的重要指标。

上海交通大学硕士学位论文相比于传统的 Sn-Pb 焊料，Sn-Ag 系合金焊料在熔化温度以及润湿性上仍有一定差距。许多的研究尝试通过向 Sn-Ag 合金中加入其他如 Cu、Zn、In、Bi 等的合金元素，得到三元或四元合金。这些多元合金在机械性能与润湿性能等方面都有不同程度的提高。

图 1- 3 Sn-Ag-Cu 合金组织[25]Fig.1- 3 Microstructure of Sn-Ag-Cu alloy表 1- 2 部分公布的 Sn-Ag-Cu 三元合金的共晶成分[3]Table 1- 2 Eutectic composition of Sn-Ag-Cu alloy研究小组 共晶成分（wt%） 共晶温度/℃ 测试手段德国 MaxPlank 研究所 Sn-4Ag-0.5Cu 225 观察组织美国 lowa 大学 Sn-4.7Ag-1.7Cu 217观察组织X 线回折美国 Northwestern 大学 Sn-3.5Ag-0.9Cu 217观察组织DSC美国 NIST 研究所Sn-3.5Ag-0.9CuSn-3.7Ag-0.9Cu217216DSC 计算日本东北大学 Sn-3.2Ag-0.6Cu 217 计算Sn-Ag-Cu 合金焊料对基板的润湿性能一般都比 Sn-Pb 焊料差，但是就目前出的无铅焊料来看，Sn-Ag-Cu 无铅焊料在 Cu 基板及含镀层的 Cu 基板上的性能还是数一数二的。当前对于提高 Sn-Ag-Cu 焊料润湿性能的研究方向一方中在微合金化的方法，另一方面，大量研究人员在研究新型焊剂以及新型的
【参考文献】

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本文编号：2891268