Sn-Bi系低温无铅钎料成分优化研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:TIGERKING2009
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Sn-Bi系低温无铅钎料由于较低的熔化温度引起了人们的广泛关注,有望成为替代Sn-Pb系钎料的第二代无铅钎料。但由于该钎料本身的脆性,限制了Sn-Bi系钎料在电子封装领域的推广和应用。为了降低Sn-Bi共晶钎料(Bi含量为58wt.%)的脆性,本论文选取亚共晶的Sn-Bi钎料为合金基体(Bi含量为40wt.%),研究了合金元素Zn、Ag和Cu对钎料合金的熔化特性、润湿铺展性、焊点显微组织以及力学性能的影响。首先在Sn-40Bi钎料合金中添加Zn(0.5-2wt.%),可抑制焊点中Bi相的偏聚,使Bi相分布更加均匀。焊点界面观察有以下结果:Sn40Bi/Cu与Sn40Bi-0.5Zn/Cu时效100800小时焊点金属间化合物成分主要为Cu6Sn5;Sn40Bi-1.5Zn/Cu与Sn40Bi-2Zn/Cu焊点金属间化合物时效100800小时的成分由Cu6(Sn,Zn)5逐渐转变为Cu5Zn8。随着Zn含量的增加,钎料合金的熔化温度降低(即固、液相线温度降低,熔程减小),钎料润湿性减小。力学性能实验表明:钎料的显微硬度随Zn含量的增加缓慢增加,焊点的剪切强度则逐渐降低,所有断口均为以解理断裂为主的脆性断裂。其次研究了在Sn-40Bi钎料合金中添加Ag(0.11.5wt.%)的影响,所得结论如下:当Ag含量为0.11wt.%时,靠近焊点界面处的Bi相体积分数减少,晶粒尺寸也变小同时呈离散分布。Sn-40Bi-XAg/Cu焊点经过100-800小时时效时间之后的界面金属间化合物形貌大体呈扇贝状,其成分经过EDS能谱检测分析,均为Cu-Sn化合物;Ag元素在时效过程中能抑制焊点界面金属间化合物的长大。随着Ag含量的增加,钎料合金的熔程先减小后增大,钎料润湿铺展性逐渐增加。钎料的显微硬度随Ag含量增加而逐渐增加,焊点的剪切强度则呈现先增加后下降的趋势。所有断口均显现微孔聚集断裂的微观断口特征。最后在Sn-40Bi-0.5Ag钎料合金的基础上,研究了合金元素Cu(0.11.5wt.%)的影响。实验结果表明:Sn-40Bi-0.5Ag-XCu/Cu焊点经过100-800小时时效时间之后的焊点界面金属间化合物形貌大体呈扇贝状,其成分经过EDS能谱检测分析,均为Cu-Sn化合物。钎料合金的熔化特性没有明显的变化,钎料润湿铺展性则逐渐增加。钎料的显微硬度随Cu含量增加而逐渐增加,焊点的剪切强度则呈现先增加后下降的趋势。当Cu含量小于0.5wt.%时,焊点的断裂模式为韧性断裂,当Cu含量为1 wt.%时,为韧-脆混合断裂模式,而当Cu含量增加到1.5wt.%时,则完全转变为脆性断裂模式。
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