SnAgCuLa无铅钎料性能的研究

发布时间：2017-09-08 05:01

  本文关键词：SnAgCuLa无铅钎料性能的研究

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【摘要】：SnPb钎料凭借其优良的性能而广泛应用于电子封装行业,但Pb对环境及人体有害,故而各国纷纷开始禁止含Pb钎料的使用。在SnPb钎料的替代品中,SnAgCu无铅钎料拥有相对较低的熔点、较好的物理性能和优良的可焊性,因而是最主要的替代品。但其仍存在较多不足,与传统SnPb钎料相比,各性能均略差。目前,研究者们通过向钎料中加入混合稀土来改善钎料的性能,同时,通过在高温下时效来研究时效时间与钎料接头界面金属间化合物层(IML)之间的关系。本文选取Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料为研究对象,向其中添加不同量稀土La元素(x=0,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5wt.%),研究La对钎料组织及性能的影响。同时,选取不同的时效温度对钎料及其接头进行温度时效,研究时效温度对钎料及其接头组织的影响。此外,还对钎料进行短时间中温时效处理,对钎料进行压应力加载,研究时效温度及压应力对锡晶须生长的影响。主要研究内容和实验结果如下：(1)La添加量为0.05wt.%及0.1wt.%时,与未添加La时相比,熔化温度区间缩小了大约48%；润湿性能提高；钎料显微组织细小均匀；剪切强度提升了约13.28%。La添加量超过0.5wt.%,与未添加La时相比,熔点相差不大；接头剪切强度下降了约25%。Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.5La接头断裂形式为韧脆混合断裂,同时在界面处发现少量显微裂纹。(2)少量La的添加对接头界面IML形态影响不大,对界面IML厚度影响较大。La添加量为0.5wt.%时,相比未添加La时,界面Cu6Sn5层厚度下降约16%,Cu3Sn层厚度下降约26%。继续添加La,IML厚度上升。(3)对钎料及接头进行时效处理(时效温度T为75℃、125℃、160℃),发现随时效温度提高,钎料组织逐渐由鱼骨状变成片状,组织粗化,晶间析出大量金属间化合物；接头界面处的IML逐渐由笋状变得平坦,其厚度也不断增加。其中,IML厚度与时效温度大致呈线性关系,且少量La的添加可以减小其比例系数。时效温度达到160℃,界面IML中Cu3Sn层所占比例急剧上升。同时,在75℃时效后的0.5La钎料接头界面发现大量裂纹。(4)将钎料分别置于常温、50℃、75℃下时效30min后观察锡晶须生长状况,发现常温下基本无晶须,50℃和75℃下存在少量晶须的生长,50℃下晶须的长度较长。对钎料加载5MPa的压应力,同时选取一个未加载试样进行对比,于60℃时效24h,发现不加载的基本无晶须,加载的试样有少量晶须生长。压应力及中温时效对晶须生长有促进作用。
【关键词】：SnAgCu无铅钎料 稀土La 温度时效 界面IML 锡晶须
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG425
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 引言16
• 1.2 无铅钎料研究现状16-20
• 1.2.1 主要无铅钎料种类17-19
• 1.2.2 稀土元素在无铅钎料中的作用19-20
• 1.3 界面IML生长研究现状20-24
• 1.3.1 钎焊过程中界面IML的生成20-21
• 1.3.2 固态下接头界面IML的生长21
• 1.3.3 Sn基钎料合金与Cu基板的界面反应21-22
• 1.3.4 合金元素对SnAgCu钎料/Cu板界面IML的影响22-23
• 1.3.5 温度场以及应力场对界面IML生长的影响23-24
• 1.4 锡晶须24-26
• 1.5 本文研究的主要内容及意义26-28
• 第二章 实验研究内容及方法28-38
• 2.1 钎料合金的制备28-29
• 2.1.1 实验设备28
• 2.1.2 实验步骤28-29
• 2.1.3 注意事项29
• 2.2 DSC实验29-31
• 2.2.1 实验设备及工艺参数30
• 2.2.2 实验步骤30
• 2.2.3 注意事项30-31
• 2.3 润湿性实验31-32
• 2.3.1 实验设备及工艺参数31
• 2.3.2 实验步骤31
• 2.3.3 注意事项31-32
• 2.4 钎料及接头显微组织观察32
• 2.4.1 实验主要设备及工艺参数32
• 2.4.2 实验步骤32
• 2.4.3 注意事项32
• 2.5 接头剪切试验32-34
• 2.5.1 实验设备及工艺参数33
• 2.5.2 实验步骤33
• 2.5.3 剪切强度计算公式33
• 2.5.4 注意事项33-34
• 2.6 温度时效实验34-35
• 2.6.1 实验设备及工艺参数34
• 2.6.2 实验步骤34
• 2.6.3 钎焊接头界面IML厚度计算方法34-35
• 2.6.4 注意事项35
• 2.7 晶须实验35-38
• 2.7.1 温度时效实验35
• 2.7.2 压应力实验35-37
• 2.7.3 注意事项37-38
• 第三章 稀土La对钎料组织及性能的影响38-52
• 3.1 La对钎料熔点的影响规律38-39
• 3.2 La对钎料润湿性能的影响规律39-41
• 3.2.1 La对钎料润湿性能的影响39-40
• 3.2.2 La影响钎料润湿性能的分析40-41
• 3.3 La对钎料显微组织的影响规律41-45
• 3.3.1 La对钎料显微组织的影响41-43
• 3.3.2 La对钎料显微组织的影响分析43-45
• 3.4 La对接头显微组织的影响规律45-48
• 3.4.1 La对接头显微组织的影响45-48
• 3.4.2 La对接头显微组织的影响规律48
• 3.5 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料/Cu接头力学性能及分析48-51
• 3.5.1 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料/Cu接头力学性能48-49
• 3.5.2 Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.5La钎料/Cu接头断口形貌49-50
• 3.5.3 Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料/Cu接头力学性能分析50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 温度时效对SnAgCu-xLa钎料及其接头组织的影响52-58
• 4.1 温度时效对Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料组织的影响52-53
• 4.2 温度时效对Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料接头界面IML的影响53-56
• 4.2.1 温度时效对Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料接头界面IML的影响规律53-55
• 4.2.2 温度时效对Sn-3.8Ag-0.7Cu-xLa钎料接头界面IML的影响分析55-56
• 4.3 温度时效后接头裂纹现象56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 锡晶须生长的问题58-61
• 5.1 温度处理对锡晶须生长的影响58-59
• 5.2 压应力对锡晶须生长的影响59-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 本文主要结论61-62
• 6.2 本文创新点62
• 6.3 研究前景和展望62-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：812012