纳米颗粒增强低熔点无铅钎料的制备工艺及机理研究

发布时间：2017-07-08 02:14

  本文关键词：纳米颗粒增强低熔点无铅钎料的制备工艺及机理研究

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【摘要】：电子封装行业对无铅钎料的性能要求越来越高,提高无铅钎料性能的研究迫在眉睫,目前主要通过合金化法和复合钎料法来提高无铅钎料的性能,常用的无铅钎料合金有Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-Ag-Cu(SAC)等。本文以Sn-Ag-Cu为基础合金,制备SAC-XTiO_2/纳米碳管(CNTs)复合钎料,并对其熔点、润湿性、显微组织、机械性能以及热稳定性进行研究,主要研究内容和结果如下:1、为增加纳米TiO_2和纳米碳管与钎料金属的结合能力,通过化学沉积法对纳米TiO_2颗粒和纳米碳管进行表面改性。试验结果表明:包覆效果良好,包覆后的强化材料与钎料的润湿性因为铜单质的存在而增加。2、通过球磨混合和粉末冶金的方法制备了SAC-XTiO_2/CNTs复合钎料,对其成分、熔点、润湿性等性能进行分析。结果表明:强化材料的加入不改变钎料相组成;复合钎料的熔点略低于SAC钎料;复合钎料在铜板上具有良好的润湿性,其中添加含量为0.5%TiO_2和0.05%CNTs的复合钎料的润湿角比SAC钎料减小9.5%和6.1%,铺展面积比SAC钎料增加5.3%和3.9%。3、钎焊接头的组织分析表明:与SAC钎料相比,复合钎料组织细小,且钎焊接头处金属间化合物层的厚度及平均粒径减小;SAC-0.5TiO_2复合钎料和SAC-0.05CNTs复合钎料的金属间化合物层的厚度和粒径分别为4.88μm和5.16μm、3.90μm和4.05μm,比SAC钎料分别减小45.8%、42.7%和56.3%、54.6%。4、复合钎料的力学性能和服役可靠性研究结果表明:复合钎料的显微硬度、抗拉强度和抗剪强度明显高于SAC钎料;其中SAC-0.5TiO_2复合钎料和SAC-0.05CNTs复合钎料的显微硬度分别约为38HV和37HV,比SAC钎料提高了58%和54%;SAC-0.5TiO_2复合钎料的抗拉强度和抗剪强度分别为72MPa和56MPa,比SAC钎料提高了27.3%和26.6%。SAC-0.05CNTs复合钎料为69MPa和53MPa,比SAC钎料提高了25.5%和17.7%;QFP器件引脚的拉脱力相对于SAC钎料提高了30.4%和22.5%。片式电阻焊点的最大剪应力分别提高了13.9%和8.1%。5、复合钎料的抗热疲劳能力研究表明:经过多次回流钎焊或者等温时效处理后,SAC钎料和复合钎料的钎焊接头的力学性能均有所下降,金属间化合物层变厚,由扇贝状变为层状,形貌由椭球形变为棒状,钎焊接头的抗拉强度和抗剪强度亦有所下降,但复合钎料的性能仍明显优于SAC钎料,表现出了比SAC钎料更好的高温服役可靠性。
【关键词】：无铅钎料 纳米TiO_2 纳米碳管 组织细化 热可靠性
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 无铅钎料11-13
• 1.2.1 无铅钎料的性能要求11-12
• 1.2.2 无铅钎料的合金体系12-13
• 1.3 复合钎料13-15
• 1.3.1 复合钎料的研究现状13-14
• 1.3.2 研究复合钎料的主要技术难题14-15
• 1.4 本课题的主要研究内容15-16
• 第二章 复合钎料的制备及性能分析16-34
• 2.1 纳米增强材料的选择16-17
• 2.2 纳米颗粒的表面改性17-24
• 2.2.1 概述17
• 2.2.2 试验试剂与设备17-19
• 2.2.3 纳米颗粒的包覆原理19-20
• 2.2.4 纳米强化材料包覆试验20-21
• 2.2.5 包覆效果21-24
• 2.3 复合钎料的制备24-25
• 2.4 复合钎料的组成及性能25-33
• 2.4.1 强化材料在钎料基体中的分布25
• 2.4.2 复合钎料的组成成分25-26
• 2.4.3 复合钎料的熔点26-28
• 2.4.3.1 复合钎料的熔化特性和结晶特性26-28
• 2.4.3.2 纳米强化材料对钎料熔点的影响机理28
• 2.4.4 复合钎料的润湿性28-31
• 2.4.4.1 复合钎料的润湿角28-30
• 2.4.4.2 复合钎料的铺展性30-31
• 2.4.4.3 强化材料对复合钎料润湿性作用机理31
• 2.4.5 复合钎料的组织31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 复合钎料的钎焊接头组织34-42
• 3.1 钎焊接头横向界面组织34-36
• 3.2 钎焊接头纵向界面组织36-38
• 3.3 组织细化机理38-41
• 3.3.1 强化材料对钎料组织的作用机理38-40
• 3.3.2 纳米二氧化钛和纳米碳管对钎料的细化效果比较40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 复合钎料钎焊接头的机械性能42-52
• 4.1 显微硬度42-44
• 4.1.1 复合钎料的显微硬度42-43
• 4.1.2 强化材料对钎料显微硬度的影响机理43-44
• 4.2 抗拉强度和抗剪强度44-47
• 4.2.1 试验方法44-45
• 4.2.2 接头强度及断口分析45-47
• 4.3 QFP器件的焊点力学性能47-48
• 4.4 片式电阻的焊点力学性能48-50
• 4.5 强化材料对钎料力学性能的影响机理50
• 4.6 本章小结50-52
• 第五章 复合钎料的钎焊接头热疲劳性能52-62
• 5.1 概述52
• 5.2 钎焊界面形貌52-56
• 5.2.1 经历多次回流的钎焊接头组织52-55
• 5.2.2 金属间化合物层生长动力学研究55-56
• 5.3 等温时效对钎焊接头抗拉强度和抗剪强度的影响56-60
• 5.3.1 试验方法和结果56-59
• 5.3.2 强化材料对热疲劳性的影响机制59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果70-72
• 致谢72-73

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