Ni对Sn-58Bi钎缝界面反应及接头性能的影响

发布时间：2018-04-27 01:10

  本文选题：Ni颗粒 + Cu(Ni)基板　； 参考：《南昌航空大学》2017年硕士论文

【摘要】：Sn-Bi系无铅钎料的熔点较低(共晶成分熔点为139℃),能够降低电子元器件及基板在封装过程中的热伤害,在低温无铅钎焊领域具有重要的应用价值。但是Sn-58Bi钎料时效组织稳定性较差,在80℃到130℃的服役环境中Bi相会异常粗化,导致钎料的耐冲击能力变弱。同时钎焊接头的Cu3Sn/Cu界面会出现Bi相的偏析,这种偏析严重降低了钎焊接头的强度和可靠性,致使Sn-Bi系无铅钎料的应用受到极大限制。所以本文提出在恒温时效温度120℃条件下,通过Ni颗粒强化钎料基体,Cu基板表面镀Ni改性,以及前两种机制下的Ni联合作用,研究三种工艺条件下Ni对Sn-58Bi钎缝界面反应及接头性能的影响,主要研究结果表明:当Sn-58Bi钎料中添加Ni颗粒时,可有效细化局部钎料组织,同时钎缝界面形成的IMC(金属间化合物)为(Cu,Ni)6Sn5,促进了Cu和Sn的扩散平衡,抑制Bi相在IMC/Cu钎缝界面的偏析。在时效反应阶段Ni颗粒的添加可以抑制钎料组织内部Bi相的偏聚,同时在钎缝界面IMC阻挡层的作用抑制了Cu原子扩散速度,间接抑制了钎缝界面Bi相的偏析。不仅提高了Sn58Bi-Ni钎料焊缝接头在低温服役环境下的组织稳定性,而且钎焊接头在服役环境中的力学性能得到了提升。当在Cu基板表面镀Ni改性时,由于镀层中的高熔点Ni元素促进了钎料内部细化,Bi相在钎料组织内部偏聚得到延缓,界面形成的Ni3Sn4结构稳定不易发生两相区转变,阻碍了Bi相在界面的偏析。并且在时效反应阶段,钎缝界面IMC层和Ni-P阻挡层的共同作用,Cu元素的扩散速度大幅降低,在钎缝界面Bi的偏析得到有效抑制。整体提高Sn-58Bi/Cu(Ni)钎缝接头在低温服役环境下的组织稳定性和钎焊接头力学性能。在未时效阶段,当Ni联合处理时,不仅解决了Sn-58Bi钎料中添加Ni颗粒时,导致的钎缝界面IMC层的厚度过厚,造成钎缝接头的力学性能下降。而且解决了在Cu基板表面镀Ni改性时,导致IMC层的生长得到抑制,造成钎缝接头力学性能不佳问题。并且在时效反应阶段,Ni联合处理工艺条件时,Cu元素的扩散速度大幅下降,IMC层的生长速率达到三种工艺条件时最低,Bi在IMC/Cu(Ni)界面的偏析得到进一步抑制,因此钎缝界面组织稳定性得到进一步提高。Sn58Bi-Ni/Cu(Ni)钎缝接头的力学性能得到整体大幅提升。由三种工艺条件对钎缝界面IMC层的生长速率常数的影响可知:在Ni联合处理中Sn58Bi-0.5Ni/Cu(Ni)钎缝界面IMC层的生长速率最低,且比Sn-58Bi/Cu接头界面IMC层的生长速率下降了96.19%。说明在Ni联合处理条件下,IMC层的生长速率得到有效抑制,延长了钎焊接头在服役时效过程中的使用寿命。通过三种工艺条件下对钎缝接头力学性能的影响,发现在Ni联合处理中Sn58Bi-0.5Ni/Cu(Ni)接头的拉剪强度为三种工艺条件下的最大值。并且在时效9天后,其拉剪强度依然有40.81MPa,同比Sn-58Bi/Cu接头的拉剪强度高出25.67MPa。
[Abstract]:The low melting point of Sn-Bi system lead-free solders (the eutectic composition melting point is 139 鈩，

本文编号：1808498