纳米Ag_3Sn、Cu_6Sn_5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究

发布时间：2017-05-17 18:20

  本文关键词：纳米Ag_3Sn、Cu_6Sn_5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子产业绿色制造的发展和电子组装技术的进步，，各国开始大力发展无铅焊料，共晶Sn-Ag-Cu系无铅焊料被认为是Sn-Pb焊料最有前途的替代品。但是其中贵金属Ag的成本占到了总成本的一半以上；与此同时，共晶Sn-Ag-Cu系焊料在凝固过程中会生成粗大脆化的Ag3Sn、Cu6Sn5金属间化合物，而且焊点界面处的脆化Cu-Sn金属间化合物易发生过度生长，这些现象都会引起焊点抗跌落性能不佳、热疲劳性能差等一系列器件焊点劣化问题，如何改善无铅焊料各项性能、提高焊点可靠性已经成为电子封装技术研究领域的热点问题之一。因此，本研究通过人为添加纳米颗粒的方法改善无铅焊料微观组织，以提高焊料的各项性能及焊点可靠性。本研究中，采用合金熔炼方法向Sn-0.7Cu和Sn-0.5Ag无铅焊料合金中分别添加不同含量的纳米Ag3Sn和Cu6Sn5金属间化合物颗粒，以制备纳米颗粒复合焊料，重点研究了纳米Ag3Sn、Cu6Sn5颗粒的添加量对焊料的微观组织、熔化性能、润湿性能、焊点界面形成情况、焊点剪切强度以及热老化条件下器件焊点性能的影响，并将其中某些性能与相同成分的微合金化焊料进行对比。同时还对纳米Ag3Sn颗粒添加量对SAC0307焊锡膏熔化性能、润湿性能及焊点剪切强度的影响进行了分析和研究。 本研究表明，当向焊料合金中适量添加纳米Ag3Sn颗粒时，能够对合金内部微观组织起到细化作用，且随纳米Ag3Sn颗粒含量增加，细化效果逐渐变强；随纳米Ag3Sn颗粒添加量的增加，复合焊料合金熔点略有降低，能够与现有无铅焊料焊接工艺实现良好兼容；同时使润湿性能得到提高，其中Sn-0.7Cu-2.0(Ag)Ag3Sn复合焊料的润湿性能最佳。纳米Ag3Sn颗粒的适量添加使贴装器件焊点界面金属间化合物形貌变得平坦，平均厚度减小，同时提高了焊点的剪切强度，Sn-0.7Cu-2.0(Ag)Ag3Sn复合焊料界面金属间化合物的平均厚度最小，焊点剪切强度较大。将其与相同成分的微合金化焊料对比可知，纳米Ag3Sn复合焊料界面金属间化合物形貌良好，厚度适宜，焊点剪切强度更大。在热老化条件下，纳米Ag3Sn颗粒的加入使焊点界面金属间化合物的生长速率降低，从而减弱了由脆化相过度生长引起的焊点力学性能劣化作用，使焊点在经历热老化后仍具有较大的剪切强度。 当向焊料合金中适量添加纳米Cu6Sn5颗粒时，同样能对合金内部微观组织起到细化作用；随纳米Cu6Sn5颗粒添加量的增加，复合焊料合金熔点略有降低，能够与现有无铅焊料焊接工艺良好兼容，同时润湿性能得到提高，Sn-0.5Ag-0.7(Cu)Cu6Sn5复合焊料熔点最低，润湿性最好；纳米Cu6Sn5颗粒的适量添加能够抑制焊点界面金属间化合物过度生长，并提高了焊点的剪切强度，Sn-0.5Ag-0.3(Cu)Cu6Sn5复合焊料界面平均厚度最小，剪切强度最大。在热老化条件下，纳米Cu6Sn5颗粒的适量加入能够使焊点在经历热老化后仍具有较大的剪切强度。 对添加不同含量纳米Ag3Sn颗粒的SAC0307无铅焊锡膏各项性能研究表明，随纳米Ag3Sn颗粒添加量的增加，复合焊锡膏熔点变化不大，能够与现有无铅焊锡膏焊接工艺良好兼容，润湿性能有所提高。此外，随纳米Ag3Sn颗粒添加量的增加，贴装器件焊点的剪切强度逐渐提高。
【关键词】：纳米颗粒增强焊料 纳米金属间化合物颗粒 热老化 剪切强度 焊锡膏
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 电子封装软钎焊技术13-14
• 1.2 电子封装用软钎焊焊料14-16
• 1.2.1 Sn-Pb 焊料的优缺点14
• 1.2.2 电子封装用焊料无铅化趋势14
• 1.2.3 无铅焊料定义14-15
• 1.2.4 无铅焊料的性能要求和主要合金系15-16
• 1.3 电子封装用低银系无铅焊料16-17
• 1.3.1 无铅焊料的低银化趋势16
• 1.3.2 低银无铅焊料的优势16-17
• 1.4 金属纳米颗粒材料17-18
• 1.4.1 纳米材料概念及其制备方法17-18
• 1.4.2 金属纳米颗粒制备18
• 1.5 纳米颗粒增强复合无铅焊料18-20
• 1.5.1 复合焊料概述18-19
• 1.5.2 纳米颗粒添加复合焊料研究现状19-20
• 1.6 主要研究内容20-22
• 第2章 试验方案22-34
• 2.1 纳米金属间化合物颗粒的制备22-23
• 2.1.1 制备纳米金属间化合物颗粒的方法及试剂22
• 2.1.2 硼氢化钠还原法制备金属间化合物原理22
• 2.1.3 试验步骤22-23
• 2.1.4 纳米金属间化合物颗粒物相分析及形貌观察23
• 2.2 纳米金属间化合物颗粒复合焊料合金的制备23-24
• 2.2.1 纳米金属间化合物颗粒复合焊料合金熔炼23-24
• 2.2.2 纳米金属间化合物颗粒复合焊料合金成分设计24
• 2.3 纳米金属间化合物颗粒复合焊锡膏的制备24
• 2.4 纳米复合焊料微观组织观察24-25
• 2.5 纳米复合焊料熔化性能分析25
• 2.6 纳米复合焊料润湿性能分析25-28
• 2.6.1 纳米 IMC 颗粒复合焊料合金润湿性能分析25-27
• 2.6.2 纳米 IMC 颗粒复合焊锡膏润湿性能分析27-28
• 2.7 纳米复合焊料合金铺展试验28-29
• 2.8 热老化试验29
• 2.9 焊点界面金属间化合物观察29-30
• 2.10 纳米复合焊料焊点力学性能测试30-34
• 第3章 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 焊料性能的影响34-69
• 3.1 纳米 Ag_3Sn 颗粒物相分析及形貌观察34
• 3.2 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 无铅焊料微观组织影响34-42
• 3.3 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 无铅焊料熔化性能影响42-44
• 3.4 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 无铅焊料润湿性能影响44-48
• 3.5 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 焊料焊点界面 IMC 生长的影响48-56
• 3.5.1 焊点界面 IMC 的生长过程48-49
• 3.5.2 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 Sn-0.7Cu 焊点界面 IMC 形貌影响49-53
• 3.5.3 纳米 Ag_3Sn 颗添加量对 Sn-0.7Cu 焊点界面 IMC 平均厚度影响53-54
• 3.5.4 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 与 Sn-0.7Cu-xAg 焊点界面 IMC 形貌比较54
• 3.5.5 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 与 Sn-0.7Cu-xAg 焊点界面 IMC 厚度比较54-56
• 3.6 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 焊点界面 IMC 层热老化过程中界面生长56-61
• 3.6.1 热老化条件下，纳米 Ag_3Sn 颗粒对 Sn-0.7Cu 界面 IMC 厚度影响56-60
• 3.6.2 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 与 Sn-0.7Cu-xAg 界面 IMC 生长情况比较60-61
• 3.7 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加对 Sn-0.7Cu 焊料焊点剪切强度的影响61-64
• 3.7.1 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 Sn-0.7Cu 焊料焊点剪切强度影响62-63
• 3.7.2 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 与 Sn-0.7Cu-xAg 焊料焊点剪切强度比较63-64
• 3.8 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 焊料焊点剪切强度在热老化过程中的变化64-67
• 3.8.1 热老化条件下，纳米 Ag_3Sn 颗粒对 Sn-0.7Cu 焊点剪切强度影响64-65
• 3.8.2 Sn-0.7Cu-x(Ag)Ag_3Sn 与 Sn-0.7Cu-xAg 焊料焊点剪切强度比较65-67
• 3.9 本章小结67-69
• 第4章 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加量对 Sn-0.5Ag 焊料性能的影响69-90
• 4.1 纳米 Cu_6Sn_5颗粒物相分析及形貌观察69-70
• 4.2 纳米 Cu_6Sn_5颗粒对 Sn-0.5Ag 无铅焊料微观组织的影响70-75
• 4.3 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加对 Sn-0.5Ag 无铅焊料熔化性能影响75-76
• 4.4 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加对 Sn-0.5Ag 无铅焊料润湿性能影响76-78
• 4.5 纳米 Cu_6Sn_5颗粒对 Sn-0.5Ag 焊料焊点界面 IMC 生长的影响78-82
• 4.5.1 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加量对 Sn-0.5Ag 焊点界面 IMC 形貌影响78-79
• 4.5.2 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加量对 Sn-0.5Ag 焊点界面 IMC 层平均厚度影响79-80
• 4.5.3 Sn-0.5Ag-x(Cu)Cu_6Sn_5与 Sn-0.5Ag-xCu 焊点界面 IMC 形貌比较80-81
• 4.5.4 Sn-0.5Ag-x(Cu)Cu_6Sn_5与 Sn-0.5Ag-xCu 焊点界面 IMC 厚度比较81-82
• 4.6 Sn-0.5Ag-xCu_6Sn_5焊点界面 IMC 层热老化过程中界面生长82-84
• 4.7 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加对 Sn-0.5Ag 焊料焊点剪切强度的影响84-86
• 4.7.1 纳米 Cu_6Sn_5颗粒添加量对 Sn-0.5Ag 焊料焊点剪切强度影响84-86
• 4.7.2 Sn-0.5Ag-x(Cu) Cu_6Sn_5与 Sn-0.5Ag-xCu 焊料焊点剪切强度比较86
• 4.8 Sn-0.5Ag-x(Cu)Cu_6Sn_5焊料焊点剪切强度在热老化过程中的变化86-88
• 4.9 本章小结88-90
• 第5章 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 SAC0307 焊锡膏性能影响90-96
• 5.1 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 SAC0307 无铅焊锡膏熔化性能影响90-92
• 5.2 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 SAC0307 无铅焊锡膏润湿性能影响92-94
• 5.3 纳米 Ag_3Sn 颗粒添加量对 SAC0307 无铅焊锡膏焊点剪切强度影响94-95
• 5.4 本章小结95-96
• 结论96-98
• 参考文献98-103
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单103-104
• 致谢104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 刘彬;邰枫;郭福;夏志东;史耀武;;纳米结构强化的新型Sn-Ag基无铅复合钎料[J];材料工程;2009年08期

2 张宇鹏;万忠华;许磊;刘凤美;杨凯珍;;元素掺杂的低银SAC无铅钎料综合性能研究[J];材料工程;2010年10期

3 马运柱;李永君;刘文胜;;纳米颗粒增强无铅复合焊料的研究现状[J];电子元件与材料;2011年06期

4 王春青,李明雨,田艳红,孔令超;JIS Z 3198无铅钎料试验方法简介与评述[J];电子工艺技术;2004年02期

5 赵跃,杜昆,胡珍;无铅软钎料的研究[J];广东有色金属学报;1998年02期

6 史建卫;杜彬;廖厅;王卫;;氮气保护在无铅化电子组装中的应用[J];电子工业专用设备;2013年10期

7 董文兴;唐斌;史耀武;夏志东;;Ag元素含量对SnAgCuX无铅钎料性能的影响[J];焊接学报;2009年05期

  本文关键词：纳米Ag_3Sn、Cu_6Sn_5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：374168