Ga对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织和性能的影响

发布时间：2017-08-20 08:29

  本文关键词：Ga对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织和性能的影响

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【摘要】：鉴于铅对健康和环境安全的危害性,无铅钎料在现代电子产品的制造中正得到越来越广泛的应用,而Sn-Ag-Cu钎料则被实践证明是最能替代传统Sn-Pb钎料的无铅钎料。然而,由于世界经济的低迷对电子产业的影响,对于无铅钎料提出了更高的要求,共晶或近共晶的Sn-3.0~3.8Ag-Cu钎料已经无法满足电子行业“低成本、高品质”的要求。本文以低银的Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料为研究对象,提出通过向钎料中添加合金元素Ga来优化合金性能,探究Ga对钎料组织与性能的影响规律,提高钎料的综合性能,以使Sn-0.5Ag-0.7Cu-Ga无铅钎料满足电子行业“低成本、高品质”制造的要求。试验结果表明:稀有元素Ga的添加可以显著细化Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料的基体组织,使基体中的IMC颗粒变得细小且分布均匀。当Ga的含量达到0.5wt.%时,显微组织最为均匀,晶粒也达到了最高程度的细化,但过量的添加会在界面处析出黑色的富镓相;Ga的添加使钎料的熔点稍有降低,不会对现有钎焊设备造成太大影响。采用润湿平衡法和高温氧化增重法,分别对添加Ga元素对Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料的润湿性能和抗氧化性能的影响规律进行了研究。结果表明:微量Ga的添加可以有效地改善钎料的润湿性能和抗氧化性能。作为表面活性元素,Ga会聚集在液态钎料的表面,大大地降低了液态钎料的表面张力,改善了钎料的流动性,从而提高了钎料的润湿性能。但是,当Ga的添加量超过0.5%之后,由于富镓相分布不均匀,会对钎料的润湿性造成不利影响;由于Ga元素不易氧化,从而也能显著地提高了钎料的抗氧化能力,245℃、60h的条件下,Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga钎料的氧化增重仍然只有Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料氧化增重的一半。对Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu焊点组织分析发现,Ga的添加量≤0.5%时,Ga对焊点内部组织的影响主要表现在组织内部IMC颗粒的细化作用。焊点界面组织的Cu6Sn5化合物层变得光滑平坦,且厚度有所变薄,焊点的抗剪强度有较大的提高,Ga含量为0.5%时提高了17.9%。分析焊点在150℃的恒温时效过程发现,随着时效的进行,Sn-0.5Ag-0.7Cu和Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga两种钎料的焊点界面层化合物厚度几乎呈线性增长,但含Ga钎料的界面层的增长速度较慢,由此可见,Ga元素的添加对钎料焊点界面化合物的生长起到了显著的抑制作用;此外,随着时效时间增加,焊点力学性能虽然有所下降,但经过720h时效后的Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga焊点的抗剪强度仍高于Sn-0.5Ag-0.7Cu未时效时的抗剪强度。试验结果和理论分析表明,Ga的添加明显地抑制了时效过程中焊点界面化合物的生长速度,有利于焊点力学性能的保持,从而大大提高了Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga焊点的可靠性。
【关键词】：无铅钎料 润湿性能 显微组织 界面 可靠性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 选题背景12
• 1.2 软钎焊技术的应用背景12-14
• 1.3 无铅钎料的研究现状14-18
• 1.3.1 钎料的无铅化进程14-15
• 1.3.2 无铅钎料合金体系15-17
• 1.3.3 Sn-Ag-Cu系无铅钎料的特点17-18
• 1.4 Sn-Ag-Cu无铅钎料的研究现状18-23
• 1.4.1 Sn-Ag-Cu无铅钎料国内外研究现状18-22
• 1.4.2 低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的提出22-23
• 1.5 本课题的研究意义与内容23-25
• 1.5.1 本课题的研究意义23
• 1.5.2 本课题的研究内容23-25
• 第二章 研究方法与试验过程25-34
• 2.1 试验方案的制定25
• 2.2 钎料合金的成分设计与制备25-26
• 2.3 钎料熔化温度测试以及抗氧化性能测试26-27
• 2.3.1 熔化温度测试26-27
• 2.3.2 抗氧化性能测试27
• 2.4 钎料润湿性能测试27-29
• 2.4.1 润湿平衡法27-28
• 2.4.2 试验材料28-29
• 2.4.3 试验设备及步骤29
• 2.5 钎料合金基体组织及焊点显微组织29-31
• 2.5.1 钎料基体组织观察30
• 2.5.2 Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu焊点显微组织观察30
• 2.5.3 时效处理30-31
• 2.6 微焊点力学性能试验31-34
• 2.6.1 片式电阻元件的钎焊31
• 2.6.2 焊点力学性能的试验方法31-34
• 第三章 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料组织及性能的影响34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料基体组织的影响34-38
• 3.3 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料的熔化温度的影响38-40
• 3.4 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性的影响40-42
• 3.5 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料抗氧化性的影响42-44
• 3.5.1 高温氧化法42-43
• 3.5.2 高温氧化增重法试验43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点组织和力学性能的影响46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点组织的影响46-49
• 4.2.1 焊点组织46-47
• 4.2.2 焊点界面组织47-49
• 4.3 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点界面组织的影响机制的分析49-51
• 4.4 Ga对Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点力学性能的影响51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 时效对Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga无铅钎料焊点可靠性的影响53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 时效过程中Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu无铅钎料焊点界面组织的演化53-58
• 5.2.1 Ga对时效过程中界面显微组织的影响53-56
• 5.2.2 时效过程中焊点界面组织演化分析56-58
• 5.3 焊点界面金属间化合物的生长机制分析58-59
• 5.4 时效过程中Sn-0.5Ag-0.7Cu-x Ga/Cu无铅钎料焊点的力学性能的变化59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文70

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本文编号：705575