Sn-0.3Ag-0.7Cu-XBi低银无铅钎料的开发与研究

论文摘要

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。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。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。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%。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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钎料、钎焊技术在微电子封装技术中的作用
• 1.2.1 钎料在微电子封装中的应用
• 1.2.2 钎焊技术在微电子封装中的应用
• 1.3 电子产品实施无铅化的提出
• 1.4 无铅钎料的概述与发展概况
• 1.4.1 无铅钎料的定义
• 1.4.2 无铅钎料的要求
• 1.4.3 无铅钎料的研发状况
• 1.5 无铅钎料技术经济分析及发展趋势
• 1.6 本课题研究的目的和意义
• 1.7 本课题研究的内容
• 第2章 实验方法及原理
• 2.1 引言
• 2.2 钎料合金成分的选择
• 2.3 钎料合金的冶炼
• 2.4 钎料熔点测试实验
• 2.4.1 熔点测量简介
• 2.4.2 熔点测量原理
• 2.4.3 熔点测量步骤
• 2.5 钎料润湿性测试实验
• 2.5.1 润湿性测量设备
• 2.5.2 润湿性测量原理
• 2.5.3 润湿性测量过程
• 2.6 钎料抗拉强度实验
• 2.6.1 拉伸实验设备
• 2.6.2 拉伸试样制备
• 2.7 钎料回流焊实验
• 2.7.1 回流焊实验设备
• 2.7.2 回流焊实验原理
• 2.8 钎料纳米压痕实验
• 2.8.1 纳米压痕仪（Nano-indenter）设备
• 2.8.2 纳米压痕测试技术的优点
• 2.8.3 纳米压痕法测量材料力学性能的原理
• 2.9 本章小结
• 第3章 钎料合金熔点、润湿性结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 钎料合金的熔点分析
• 3.2.1 熔点测试参数
• 3.2.2 影响熔点DSC 曲线的因素
• 3.2.3 熔点测试结果
• 3.3 钎料合金的润湿性分析
• 3.3.1 润湿原理
• 3.3.2 润湿性测试参数
• 3.3.3 影响钎料润湿性的因素
• 3.3.4 润湿性测试结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 钎料合金强度、纳米微观性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 钎料合金的拉伸强度分析
• 4.2.1 拉伸测试参数
• 4.2.2 拉伸测试结果
• 4.3 钎料合金的回流焊实验
• 4.3.1 钎料BGA 小球的制备
• 4.3.2 回流焊工艺参数
• 4.3.3 回流焊实验结果
• 4.4 钎料合金的纳米压痕分析
• 4.4.1 纳米压痕测试参数
• 4.4.2 纳米压痕硬度测试结果
• 4.4.3 纳米压痕蠕变测试结果
• 4.4.4 纳米压痕形貌
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢