SnAgCuLa无铅钎料性能的研究

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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。
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