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哈尔滨理工大学硕士学位论文Sn-3.0Ag-0.5Cu-XNi钎料及焊点组织和性能研究姓名：申旭伟申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：王丽凤20090301Sn-3.0Ag-0.5Cu-XNi钎料及焊点组织和性能研究作者：申旭伟学位授予单位：哈尔滨理工大学相似文献(10条)1.学位论文胡文刚Sn-0.3Ag-0.7Cu-XBi低银无铅钎料的开发与研究2008出于保护环境和保护人类自身健康的要求，电子产品的无铅化已经进入实施阶段。出于降低现有无铅钎料的成本，提高其抗高温时效性能的要求，低银型无铅钎料的研究具有十分重要的意义。一种低银型无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu正在研发中，但是此种钎料合金的熔点较高，润湿性较差，为此本论文在此基础上研究了一种新型的低银型无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu-XBi。通过对比性试验，研究Bi元素对钎料熔点、润湿性、力学性能等的影响，找到具有最佳综合性能的钎料合金成分，以开发出具有低成本、低熔点，良好的润湿性，综合性能优异的无铅钎料。⑴对钎料熔点的研究结果表明：低银型Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料合金的熔点为222.6℃，而Sn-0.3Ag-0.7Cu-3.0Bi无铅钎料的熔点已降到217.3℃，基本上和目前国际上推荐的高银型Sn-Ag-Cu钎料合金的熔点一致。⑵对钎料润湿性的研究结果表明：低银型Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料合金的润湿性较差。而Sn-0.3Ag-0.7Cu-3.0Bi无铅钎料在240℃下的润湿时间t由前者的4.597s降为2.337s，减少了49.2％，已经满足了工业实际机械化生产t≤2.5s的需求，并且此种成分的钎料合金的最大润湿力Fmax达到最大值3.21mN，也满足了工业实际机械化生产Fmax≥3.0mN的需求，具有最佳的润湿性能。⑶对钎料拉伸性能的研究结果表明：低银型Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料合金的抗拉强度为37.2MPa，而Sn-0.3Ag-0.7Cu-3.0Bi钎料合金的抗拉强度明显提高，具有最大的抗拉强度77.5MPa，增大了108.3％。⑷对钎料纳米压痕微观力学性能的研究结果表明：Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料合金的弹性模量E从体钎料的47.152GPa分别下降到铸态BGA焊球的27.146GPa和焊态BGA焊球的28.436GPa，依次下降了42.4％和39.7％；而钎料合金的应力敏感指数n则从10.235分别增大到13.046和16.155，依次增大了27.5％和36.6％，都具有典型的尺寸效应现象。2.期刊论文周迎春.潘清林.何运斌.梁文杰.李文斌.李运春.路聪阁.ZHOUYing-chun.PANQing-lin.HEYun-bin.LIANGWen-jie.LIWen-bin.LIYun-chun.LUCong-geLa对Sn-Ag-Cu无铅钎料组织与性能的影响-电子工艺技术2007,28(6)研究了微量稀土La对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料显微组织、力学性能、断口形貌、润湿性能和熔点的影响.结果表明:La的质量分数为0.1%可使钎料合金晶粒细化,并显著提高钎料合金力学性能和润湿性能;添加La的质量分数为0.4%将形成粗大LaSn3初生枝晶相,降低力学性能和润湿性能;微量La使钎料合金的熔点轻微增加.3.学位论文于大全电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究2004在公众舆论、环保意识、相关法律、市场需求等因素的推动下,电子封装的无铅化研究成为工业界和学术界的重大科学技术前沿问题.随着电子工业的发展和无铅钎料研究的深入,对于高性能、低成本的无铅钎料的需求愈加迫切,而钎焊反应和焊点可靠性己成为当前研究的热点.由于稀土元素具有独特的性质,本文研究讨论了微量稀土元素对Sn-3.5Ag、Sn-9Zn、Sn-3.5Ag-0.7Cu无铅钎料的组织、熔点、润湿性以及相关力学性能的影响,探讨了微量稀土元素的影响机制.为优化Sn-9Zn合金的性能,添加Cu元素研制了(Sn-9Zn)-xCu(SZ-xCu)无铅钎料,并对钎料的组织、熔点、润湿性、以及相关力学性能进行了研究,对与Cu基体钎焊形成的界面化合物成分、形貌进行了分析.总结研究了几种Sn-Ag-Cu合金的性能;在此基础上,对钎焊过程中Sn-Ag-Cu/Cu界面化合物形貌和生长行为进行了研究;总结了纳米Ag,3Sn颗粒在界面金属间化合物上的吸附现象;并对微量Au元素对Sn-3.5Ag-0.7Cu合金组织和力学性能的影响进行了初步研究.钎焊过程形成的界面金属间化合物(IMC)的生长行为是温度和时间的函数.由于蘸入法能够精确控制钎焊的温度和时间,本文用蘸入法钎焊得到相应钎焊接头,对时效过程中界面化合物的生长行为、接头组织演变进行了深入研究.具体包括:Sn-Pb/Cu和Sn-Ag/Cu界面金属间化合物的生长,其焊后界面构成为:钎料/Cu-Sn/Cu;Sn-9Zn-3Bi/Cu界面显微结构的演变,其焊后界面构成为:钎料/Cu-Zn/Cu.通过上述研究,得到以下主要结论:(1)由于吸附作用,微量稀土元素能够有力地细化合金的微观组织,而且随着第二相体积分数的增加,稀土元素的细化效果更加明显.作为表面活性物质,微量稀土元素能够降低合金的表面张力,提高合金的润湿性.微量稀土元素细化合金组织,使得析出强化效果增加,进而提高了合金的综合力学性能.(2)Sn-Zn-Cu钎料由于Cu的加入减少了Zn原子在钎料表面的氧化,有效的降低液态钎料的表面张力,使钎料与Cu之间的润湿性得到显著提高,获得了较小的润湿角.(3)Sn-Ag-Cu合金的微观组织均由β-Sn,Ag,3Sn,Cu,6Sn,5三相组成;随着Ag和Cu含量的增加,合金组织中出现粗大的化合物相.(4)当Sn-3.5Ag,Sn-3.5Ag-0.7Cu和Cu,Ni进行钎焊反应时,在Cu-Sn、Ni-Sn、(CuNi)-Sn化合物表面发现有纳米Ag,3Sn粒子的生成.分析表明这些粒子是在焊后凝固过程中,液态合金析出的Ag,3Sn粒子被界面吸附而形成的.(5)微量Au元素对合金凝固后的组织影响不大.(6)时效后,Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面化合物形貌由焊后的扇形转变为层状.(7)Sn-9Zn-3Bi/Cu界面170℃时效100h、200h后,在Sn-9Zn-3Bi/Cu钎焊接头界面处出现单一连续的Cu,5Zn,8化合物层;而时效500h、1000h后,界面处出现了三层化合物层:从基体Cu侧起,依次为Cu,6Sn,5化合物层,Cu,5Zn,8化合物层,Cu,6Sn,5化合物层.4.期刊论文刘念.张国栋.张建强低熔点Sn-Ag无铅钎料力学性能回归分析-中国科技博览2008,(24)首次运用Matlsb回归分析的方法研究不同成分的无铅钎料的力学性能,从而得到成分与相关力学性能的定量关系,为拟订科学合适无铅钎料配方提供可靠的理论指导.5.期刊论文徐金华.吴佳佳.陈胜.马鑫.XUJin-hua.WUJia-jia.CHENSheng.MAXin低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的性能研究-电子工艺技术2010,31(3)使用银含量较低的Sn-Ag-Cu无铅钎料是降低焊料成本最直接有效的手段之一,但银含量降低后对钎料性能的影响尚缺乏系统报导.通过向Sn-Cu二元体系中加入不同比例的纯银,制备了一系列低银合金.研究了银含量对钎料的熔点、可焊性及溶铜性能的影响.通过拉伸试验研究了合金的强度及杨氏模量.综合考虑上述各项性能指标,Sn-0.5Ag-0.7Cu是具有最佳性价比的合金成分.6.期刊论文黄明亮.于大全.王来.王富岗Sn-6Bi-2Ag(Cu,Sb)无铅钎料合金微观组织分析-中国有色金属学报2002,12(3)利用差示扫描量热计(DSC)测定了Sn-6Bi-2Ag,Sn-6Bi-2Ag-0.5Cu,Sn-6Bi-2Ag-2.5Sb三种新无铅钎料合金的熔化温度.结果表明,少量Cu的加入能降低Sn-Bi-Ag系无铅钎料合金的熔化温度,而Sb的加入使合金的熔化温度升高.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDX)对合金的微观组织进行了分析与比较,钎料合金的微观组织与冷却条件和合金元素的含量有关,Sb的加入使析出相的尺寸细化.硬度测定表明Sn-Bi-Ag(Cu,Sb)无铅钎料合金的硬度远大于纯Sn的硬度,加入少量的Cu(0.5%),Sb(2.5%)对Sn-Bi-Ag系钎料合金的硬度影响较小.7.期刊论文张富文.徐骏.胡强.贺会军.王志刚Sn-30Bi-0.5Cu低温无铅钎料的微观组织及其力学性能-中国有色金属学报2009,19(10)通过在Sn-Bi钎料中添加Cu元素制备新型Sn-30Bi-0.5Cu低温无铅钎料,对无铅钎料的力学性能及微观组织进行分析.结果表明:Cu元素的加入抑制Bi元素在钎料/铜界面处的偏析,避免形成粗大的富Bi带,并能够在钎料基体中原位生成Cu-Sn金属间化合物(Intermetalliccompounds,IMC);当Cu含量约为0.5%(质量分数)时,钎料的抗拉强度和伸长率等力学性能指标最佳,并能够提高其抗振动可靠性.这主要是由于在钎料基体中原位形成的棒状或杆状IMC能有效地将脆性薄弱面钉扎和在β-Sn软相基体中形成钉轧强化,改善钎料的微观组织形态,从而提高钎焊强度和焊点的抗振动冲击可靠性,使其性能强于Sn-Bi共晶的性能而接近于Sn-Bi-Ag钎料的,Sn-30Bi-0.5Cu钎料在拉伸过程中断口存在韧性和脆性两种混合型断口.8.学位论文王保华Sn-Ag-Cu-Mg无铅钎料的研究2008进入21世纪，环境保护己成为国家可持续发展策略的一部分。随着公众环保意识的不断加强，人们已经意识到传统的含钎Sn基钎料对环境和人体健康的严重危害，因此，取代传统Sn-Pb钎料的新型无铅钎料的研制成为近来研究的热点。本文便是在这样的背景下，研制出在一定程度上能满足实用要求的无铅钎料。文章对无铅钎料的研制是在本课题组前期均匀设计实验结果的基础之上，从实用化的角度出发，兼顾了成本和钎焊性能。整个实验包括了总结前期实验结果、正交成分设计、合金熔炼、铅料合金的性能测定以及合金成分再优化等一系列实验步骤，逐渐掌握了一套研制无铅钎料的工艺流程，同时也为研究无铅钎料的学者专家提供了理论和实验依据。本文在无铅钎料的研制中，运用合金化和数学设计方法（正交设计），根据课题组前期大量的实验结果与分析，对新型无铅钎料Sn-Ag-Cu-Mg合金进行成分设计，并在实验中加以验证、逐步优化合金成分。在无铅钎料的制备中，作者通过添加自配的覆盖剂（NaCl-KCl共混物），避免了各合金元素的挥发及金属液与空气接触导致的氧化，摸索并实践了一套覆盖剂熔炼法制备无铅钎料试样的工艺。同时，对无铅钎料的熔点、润湿性能及显微组织等方面进行了较为深入的研究，并确定了最优成分。研究发现，在Sn-Ag-Cu三元合金中添加元素Mg，Sn-Ag-Cu-Mg钎料的熔点有不同程度的降低，其中熔点较低的钎料熔化区间都较宽。同时发现，Mg元素对钎料合金的熔点影响程度最大，Ag元素对钎料合金的熔点有一定影响，但是影响程度不大，Cu元素对钎料合金的熔点影响程度最小。在对钎料润湿性能的研究中，作者采用铺展面积法来评定钎料的润湿性能。润湿性研究表明，Mg对实验钎料的润湿性影响很大，并且与含量有关。在普通大气中，Mg的加入使Sn-Ag-Cu钎料的润湿性下降，同一条件下，Mg量越多，钎料润湿性越差。同时，钎焊温度和钎焊时间对钎料的润湿性有正面影响，而温度的影响大于时间。Mg的加入使Sn-Ag-Cu钎料的微观组织发生了较大的变化。随着Mg含量的增加，类似Sn-4.0Ag-0.5Cu共晶合金中树枝状的β-Sn初晶逐渐消失，层片状的共晶组织逐渐变为短棒状，而且共晶组织的取向性也不再明显，逐渐变得杂乱。在含Mg量较多的钎料合金中出现了富Sn、Ag、Mg的白色块状组织。最后，通过对进一步优化后的Sn-Ag-Cu-Mg钎料合金添加微量稀土元