当前位置:主页 > 科技论文 > 金属论文 >

Ga和Nd对Sn-Zn无铅钎料锡须抑制作用研究

发布时间:2018-12-23 09:37
【摘要】:Sn Zn共晶钎料是熔点最接近Sn Pb钎料的无铅钎料,且其力学性能优于Sn Pb钎料。虽然由于Sn Zn钎料润湿性能差,但是仍然受到研究者的重视。已有研究表明,添加Ga、Ce、Pr元素能显著提高Sn Zn钎料的润湿性能,但是存在诱发“锡须”生长的风险。然而稀土元素Nd的添加表现出与众不同的性能,因此,本文针对Sn Zn钎料中添加Ga以及稀土元素Nd的变化规律进行了深入、系统的研究。采用润湿平衡法研究了稀土元素Nd的添加对Sn 9Zn 0.5Ga钎料润湿性能的影响。研究结果表明,适量Nd元素的添加可以显著改善钎料的润湿性能,当Nd元素的添加量为0.08wt.%时,钎料的润湿性能最佳,在240℃的试验条件下,钎料的润湿时间缩短了21%,润湿力则增加了45%;采用自制的Sn Zn专用助焊剂助焊效果优于市售水溶性助焊剂。Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd无铅钎料在三种镀层上的润湿性能随着温度的升高而显著提高,表现为润湿时间逐渐减小,润湿力逐渐增大。在240℃以上时,Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd钎料在三种镀层试片上的润湿时间均满足波峰焊t0≤1s的要求。三种镀层中,钎料在纯Sn和Sn Bi镀层上的润湿时间小于Au/Ni镀层。采用自制Sn Zn专用助焊剂钎焊时,钎料在纯Sn镀层上表现最佳;使用水溶性助焊剂时,钎料在Sn Bi镀层上表现最佳。适量添加Nd元素可以显著改善Sn 9Zn 0.5Ga钎料的显微组织,使得钎料基体组织中富Zn相的尺寸减小,基体组织得到细化,当Nd元素的添加量为0.08%时基体显微组织最为细小均匀。理论分析表明,主要是由于Nd元素的吸附特性可以降低晶界自由能以及不同晶界间的自由能差,从而阻止了晶粒的长大,进而得到均匀的钎料基体组织。研究发现,Nd元素的添加可以显著提高Sn 9Zn 0.5Ga微焊点的力学性能。当Nd元素的添加量为0.08%时,焊点的抗剪力最大,相比母合金提高了25.5%;对焊点进行时效处理后发现,焊点的力学性能有所下降,但下降速率相比母合金明显降低,经过720小时的时效处理后,焊点的抗剪力仍高于未经时效的Sn Zn焊点。适量Nd元素的添加可以抑制焊点界面金属间化合物层的生长,减小界面层的厚度。经过时效处理后,Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd/Cu焊点界面层仍保持相对连续,凸起、凹陷等情况明显减少。对焊点经过时效处理后的断口形貌进行分析后发现,钎料与Cu基板的断口处均可发现明显的韧窝,呈现典型的韧性断裂,说明断裂发生在钎料内部。经过长时间的时效处理后,焊点的断口形貌整体依然呈现典型的韧性断裂,使得焊点仍然可以保持较高的力学性能。研究发现,稀土元素Nd对锡须的生长具有明显的影响。添加过量稀土元素的Sn 9Zn 1Nd钎料在不同时效条件下均发现了锡须生长现象,且在长期时效后锡须长度均超过了安全范围。而具有最佳稀土元素Nd含量的Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd钎料无论在高温还是室温的条件下都没有观测到明显的锡须大面积生长情况,可满足微电子元器件的相关要求。高温下的锡须长度要小于室温的情况,锡须的生长形态也有差异。室温条件下的稀土形态以细长的丝状或针状居多,而高温条件下的锡须形态以堆叠缠绕的团絮、肿瘤状、岛状、丘状为主。复合添加Nd与Ga元素,在最优的添加量范围,即Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd钎料无论在高温还是室温的条件下都没有观测到明显的锡须生长情况,这为“抑制”锡须生长、提高焊点可靠性提供了新的研究思路。对其反应机制的研究发现:Ga元素对钎料基体中的锡须生长抑制作用主要表现为Ga取代了Sn与Nd反应生成了Ga Nd相,使得Sn Nd相的数量大大减少,从而消除了锡须的生长源。在钎焊过程中当稀土元素和Ga元素在钎料表面富集时,由于Ga的富集效应极大地改变了相关化合物的非标准吉布斯自由能,Ga Nd相的生成将优先于Sn Nd相。Ga元素对焊点界面附近的锡须生长抑制作用一方面表现为Ga元素在界面处的大量聚集减少了界面附近Sn Nd相的生成,消除了由稀土相引发的锡须生长;另一方面则表现为Ga元素和Nd元素的协同作用使得时效过程中界面层保持相对完整,界面层中的孔洞、裂纹以及凸起、凹陷等情况较少,抑制了时效过程中由于原子扩散产生应力而造成的锡须生长。由此可见,Ga与Nd的优先反应和Ga与Nd的协同作用是Sn 9Zn 0.5Ga 0.08Nd钎料具有锡须抑制作用的根本原因。通过Sn 9Zn 0.5Ga 2Nd和Sn 9Zn 1Ga 2Nd钎料焊点进行时效处理后发现,当Ga元素和Nd元素的添加量为1:2左右时,Ga元素可以通过生成Ga Nd相从而完全反应掉钎料中的Nd元素,否则剩余的Nd元素与Sn元素发生反应生成具有“负面作用”的稀土相Nd Sn3,由此解释了过量添加稀土Nd元素“弊大于利”的原因。研究结果对于无铅钎料稀土元素的合金化具有指导意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG425

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 何柏林;于影霞;张馨;;无铅钎料的研究现状及进展[J];热加工工艺;2006年04期

2 房卫萍;史耀武;夏志东;雷永平;郭福;;电子组装用高温无铅钎料的研究进展[J];电子元件与材料;2009年03期

3 夏志东,雷永平,史耀武;绿色高性能无铅钎料的研究与发展[J];电子工艺技术;2002年05期

4 贾红星,刘素芹,黄金亮,张柯柯;电子组装用无铅钎料的研究进展[J];材料开发与应用;2003年05期

5 戴家辉,刘秀忠,陈立博;无铅钎料的立法与发展[J];山东机械;2005年01期

6 郭康富;康慧;曲平;;无铅钎料开发研究现状[J];电子元件与材料;2006年02期

7 邰枫;连钠;郭福;;绿色材料——无铅钎料[J];现代制造;2008年43期

8 张新平;尹立孟;于传宝;;电子和光子封装无铅钎料的研究和应用进展[J];材料研究学报;2008年01期

9 何洪文;徐广臣;郭福;;无铅钎料电迁移可靠性研究进展[J];电子元件与材料;2008年05期

10 杨磊;揭晓华;郭黎;;锡基无铅钎料的性能研究与新进展[J];电子元件与材料;2010年08期

相关会议论文 前10条

1 孙凤莲;;低银无铅钎料及电子封装微焊点的可靠性[A];第八届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2012年

2 T.A.Siewert;D.R.Smith;J.C.Madeni;;无铅钎料资料库[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

3 Tennyson A.Nguty;Budiman Salam;Rajkumar Durairaj;Ndy N.Ekere;;对无铅钎料膏印刷中过程窗口的分析[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

4 G.J.Jackson;M.W.Hendriksen;N.N.Ekere;;倒装装配用细颗粒无铅钎料膏试验和计算模型描述[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

5 Vaidyanathan Kripesh;Poi-Siong Teo;Chai Tai Chong;Gautham Vishwanadam;Yew Cheong Mui;;无线应用的无铅芯片面封装发展现状[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

6 Katsuaki Suganuma;;无铅电子封装发展现状[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

7 张建纲;戴志锋;黄继华;裴新军;;含稀土Sn-Zn-Bi系无铅钎料研究[A];第十一次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2005年

8 王丽风;孙凤莲;刘晓晶;刘洋;;SnAgCuBi无铅钎料的研究[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年

9 Y.Miyashita;Y.Mutoh;;无铅钎料96.5Sn-3.5Pb的疲劳断裂行为[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

10 Tao-Chih Chang;Min-Hsiung Hon;Moo-Chin Wang;Dong-Yih Lin;;Sn-9Zn-xAg无铅钎料/Cu界面的热疲劳抗力[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年

相关博士学位论文 前8条

1 薛鹏;Ga和Nd对Sn-Zn无铅钎料锡须抑制作用研究[D];南京航空航天大学;2015年

2 白宁;无铅钎料的统一型本构模型[D];天津大学;2008年

3 于大全;电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究[D];大连理工大学;2004年

4 吴敏;无铅钎料熔体热力学性质研究及应用[D];沈阳工业大学;2013年

5 刘晓英;Sn基复合无铅钎料的研究[D];大连理工大学;2010年

6 高红;无铅钎料Sn-3.5Ag多轴棘轮变形与低周疲劳研究[D];天津大学;2007年

7 商延赓;Sn基无铅钎料组织、性能和界面反应行为的研究[D];吉林大学;2007年

8 王慧;微合金化对Sn-9Zn无铅钎料钎焊性能影响及润湿机理研究[D];南京航空航天大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 罗冬雪;Ga对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织和性能的影响[D];南京航空航天大学;2015年

2 马俪;Sn8Zn3Bi-xCu无铅钎料的性能研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

3 王青萌;微量元素对Sn-0.7Cu无铅钎料润湿性和高温抗氧化性的影响[D];重庆理工大学;2015年

4 罗虎;低银Sn-Ag-Cu无铅钎料焊点热可靠性研究[D];重庆理工大学;2015年

5 杨耀春;Sn-Au-Ag(Ni)无铅钎料微观组织及其在铜镍基板上力学性能的研究[D];大连理工大学;2015年

6 赵雪梅;稀土添加对Sn-Ag-Cu和Sn-Bi-Cu无铅钎料组织和性能的影响[D];合肥工业大学;2015年

7 黄强;含Al低银无铅钎料的研究[D];重庆大学;2015年

8 戴家辉;微电子连接无铅钎料的研究[D];山东大学;2005年

9 陈燕;稀土铈对锡银铜无铅钎料组织性能的影响[D];机械科学研究总院;2006年

10 樊志罡;无铅钎料的电化学腐蚀行为研究[D];大连理工大学;2008年



本文编号:2389787

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2389787.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2b5e3***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com