【摘 要】
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随着电子封装行业的发展,焊点微型化、密集化的特点,这对焊点的可靠性提出更高的要求。通过机械混合法向Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料中添加不同质量分数(0~0.5wt.%)的镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs),以期改善Sn-Ag-Cu无铅钎料性能。对比研究其润湿性、熔化特性、等温时效中焊点界面IMC层和机械性能变化,得出以下主要结论:1、Ni-CNTs的添加显著改善Sn-3.0Ag-0.5Cu钎
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随着电子封装行业的发展,焊点微型化、密集化的特点,这对焊点的可靠性提出更高的要求。通过机械混合法向Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料中添加不同质量分数(0~0.5wt.%)的镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs),以期改善Sn-Ag-Cu无铅钎料性能。对比研究其润湿性、熔化特性、等温时效中焊点界面IMC层和机械性能变化,得出以下主要结论:1、Ni-CNTs的添加显著改善Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性,最佳添加量为0.05wt.%,润湿角降低49.76%,但是当其含量增加时,润湿角的大小也会缓慢上升;同时Ni-CNTs的加入使得复合钎料熔点得到降低,随着Ni-CNTs含量增加,钎料熔点缓慢降低,最高降低了2.108℃。2、焊点界面IMC研究表明:在回流焊过程中,Ni原子替换部分Cu原子参与钎料/基体化学反应,形成(Cu,Ni)6Sn5化合物。伴随等温时效实验的进行焊点界面IMC层厚度增加、平均粒径变大,界面形状由扇贝状逐渐转变为连续层状,一方面Ni-CNTs通过阻碍原子间相互扩散抑制IMC层生长,其中Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.05Ni-CNTs复合钎料焊点界面IMC层厚度最小、扩散系数最小(K=3.01×10-17m2/s);另一方面Ni-CNTs通过阻碍晶界迁移和降低晶粒表面能抑制新型复合钎料焊点界面(Cu,Ni)6Sn5晶粒长大,Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.05Ni-CNTs复合钎料抑制效果最优,通过拟合曲线计算出随着等温时间的增加,(Cu,Ni)6Sn5晶粒平均粒径与t0.39呈线性相关。3、Ni-CNTs的加入提高Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料的显微硬度,但是随着增强相含量的增加,显微硬度则在缓慢降低。当Ni-CNTs含量为0.05wt.%时,新型复合钎料焊点的显微硬度值比未添加增强相的钎料提升了15.49%。主要归结于Ni-CNTs的加入会发生直接强化和引发弥散强化、细晶强化和位错强化,从而提升钎料抵抗形变能力,减小了金刚石探头贯穿深度。4、在等温时效实验中添加不同含量Ni-CNTs的Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料剪切强度值呈现一种先增大后减小现象。Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.05Ni-CNTs剪切强度最高,为29.71MPa。主要原因增强相Ni-CNTs在钎料基体中能起着阻碍裂纹拓展,消耗能量,载荷转移的作用,但是当含量持续增加Ni-CNTs会团聚缠结在一起形成缺陷。而当Ni-CNTs含量一定时,随着等温时间的增加,剪切强度降低。5综合润湿性、熔化特性、焊点IMC层行为变化和焊点机械性能等方面,Ni-CNTs的添加量在0.05wt.%时,新型复合钎料性能最优。
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