Sn-Zn-Cu无铅钎料研究

发布时间：2017-03-18 17:08

  本文关键词：Sn-Zn-Cu无铅钎料研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于铅及含铅化合物对人体和环境产生危害,钎料无铅化已成为电子封装等相关焊接发展趋势。通过近十年的研发,Sn-Ag、Sn-In、Sn-Bi、Sn-Zn等无铅钎料被证明最有可能成为SnPb铅料的替代品。而在所有Sn基钎料中,Sn-Zn钎料成本较低、熔点不高以及力学性能优异而逐渐成为无铅钎料有利竞争之一,但Zn易氧化和腐蚀差缺点是钎料应用前需要解决的问题。 尽管已有研究显示加入In、Bi、Al等能提高Sn-Zn钎料这种润湿性和抗氧化性,但这种提高非常有限。而通过原有实验发现Sn-9Zn合金中加入合金化元素Cu,自由Zn会向Cu-Zn化合物转变,从而有效减少Zn的氧化。因此本文主要是研究与分析添加不同Cu合金对钎料组织和力学性能影响,并通过在Cu基板上钎焊研究其润湿反应和界面组织变化。同时为了降低钎料熔点和提高润湿性而为获得综合性能良好的无铅钎料,在(Sn-9Zn)-2Cu加入3%Bi和不同量的Ni。为了研究钎料与凸点下Ni镀层钎焊润湿性和使用可靠性,采用Sn-9Zn-3Cu与Ni基钎焊并于170℃下时效不同时间从而研究界面处的组织变化。由以上研究结果表明: 1、Cu的加入减少了Zn原子在液态钎料表面的氧化,有效的降低钎料的表面张力,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。但随着Cu含量的增加,合金熔点逐渐升高。钎料的抗拉强度随着Cu含量的增加先增大后减小,SZ-xCu/Cu接头剪切强度则由于界面IMC的转变以及钎料合金自身强度的变化而导致钎焊接头剪切强度发生变化。在Cu含量不大于8%时,随着Cu的增加SZ-xCu钎料中针状富Zn相逐渐转变为Cu-Zn化合物;当Cu含量超过8%后,Cu_6Sn_5相开始出现。界面处IMC在0～1%Cu时主要为层状Cu_5Zn_8相;在2～6%Cu时,为Cu_6Sn_5相和Cu_5Zn_8相共同组成;在8%Cu时,为扇状Cu_6Sn_5相组成。 2、Bi的加入会降低SZC合金的熔点,同时又会导致熔化区间扩大和富Zn相的粗化;Ni的加入会随着含量增加逐渐消除含Bi钎料组织的粗大,但会相应地提高液相线。在Ni达1%时,钎料基体中圆棒状Cu_5Zn_8相开始转变成方块状(Cu,Ni)_5Zn_8相;Bi、Ni的加入都能有效提高钎料的可焊性。随着Ni含量的增加,润湿角逐渐减少,且在使用RMA钎剂情况下,润湿角减为一半以上;微量Bi、Ni对界面IMC组织与形貌没什么影响,但1%Ni会降低界面IMC地厚度和钎料处富Zn相的含量。 3、与Sn-9Zn不润湿Ni基板的相反是,SZ-3Cu钎料中Zn与Cu生成化合物有利避免Zn在液态钎料钎焊时的氧化,在使用RMA钎剂情况下仍然较好的在Ni基上铺 Sn.Zn一Cu无铅钎料研究 展,所得润湿角为67“;界面IMC NisZn21在170℃下时效I000h仍然保持完整,时效初 期(SO0h以前)厚度与时间主要成抛物线关系,时效时间超过50Oh后n涯C厚度增长非 常缓慢因为Zn很难由Cu一Zn化合物扩散至界面。 关键词:无铅钎料;显微组织;时效;润湿性;金属间化合物 n-
【关键词】：无铅钎料 显微组织 时效 润湿性 金属间化合物
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TG425
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 前言11-32
• 1.1 钎料在电子封装中的应用11-16
• 1.1.1 钎焊及钎料11-12
• 1.1.2 钎料在电子封装技术中的作用12-13
• 1.1.3 钎料与焊接金属的反应13-16
• 1.2 锡铅钎料使用现状和无铅钎料研究驱动力16-20
• 1.2.1 锡铅钎料使用现状16-18
• 1.2.2 无铅钎料研究的驱动力18-20
• 1.3 无铅钎料性能要求以及存在问题20-24
• 1.3.1 无铅钎料性能要求20
• 1.3.2 无铅钎料存在问题20-24
• 1.4 无铅钎料研究进展和各国主要公司研究情况24-31
• 1.4.1 无铅钎料研究进展24-29
• 1.4.2 各国主要公司研究情况29-31
• 1.5 论文选题及研究内容31-32
• 2 Sn-Zn-Cu无铅钎料的组织、润湿性和力学性能32-45
• 2.1 引言32
• 2.2 实验材料与方法32-35
• 2.2.1 合金制备32-33
• 2.2.2 DSC试样制备33
• 2.2.3 钎焊试样制备33
• 2.2.4 氧化实验制备33
• 2.2.5 扫描电子显微镜试样的制备33-34
• 2.2.6 电子探针试样的制备34
• 2.2.7 X射线试样的制备34
• 2.2.8 拉伸试样制备34-35
• 2.3 实验结果及分析35-43
• 2.3.1 合金微观组织形貌35-37
• 2.3.2 钎料合金的熔化特性37-38
• 2.3.3 氧化行为38-40
• 2.3.4 钎料润湿行为40-43
• 2.3.5 力学性能试验43
• 2.4 结论43-45
• 3 Sn-Zn-Cu／Cu界面反应及剪切强度45-51
• 3.1 引言45
• 3.2 实验材料及方法45-46
• 3.2.1 试样制备45
• 3.2.2 剪切实验样品制备45-46
• 3.3 结果与讨论46-50
• 3.3.1 界面化合物组织形貌及成分分析46-49
• 3.3.2 剪切强度与断口分析49-50
• 3.4 结论50-51
• 4 Bi、Ni元素对Sn-Zn-Cu无铅钎料组织和润湿性影响51-60
• 4.1 前言51
• 4.2 试验材料及方法51-52
• 4.2.1 合金制备51-52
• 4.2.2 钎焊接头制备52
• 4.2.3 试样制备52
• 4.3 试验结果与讨论52-59
• 4.3.1 合金微观组织52-55
• 4.3.2 钎料合金熔化特性55-56
• 4.3.3 钎料润湿行为56-58
• 4.3.4 钎焊接头界面化合物组织与形貌58-59
• 4.4 结论59-60
• 5 (Sn-9Zn)-3Cu／Ni润湿反应以及时效界面组织演变60-67
• 5.1 前言60
• 5.2 实验材料与方法60-61
• 5.2.1 钎料制备60
• 5.2.2 时效接头制备60-61
• 5.3 实验结果与讨论61-66
• 5.3.1 润湿反应61-62
• 5.3.2 界面微观形貌62-63
• 5.3.3 时效对界面微观组织的影响63-66
• 5.4 结论66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书75

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 肖正香;稀土Pr对Sn-9Zn无铅钎料组织和性能的影响[D];南京航空航天大学;2011年

2 张洪彦;Sn-Zn钎料适用钎剂及界面显微组织研究[D];哈尔滨理工大学;2011年

3 王建辉;Sn-Zn-Cu（Ni）无铅钎料及其钎焊接头界面反应研究[D];大连理工大学;2006年

4 马洪列;Sn-9Zn无铅钎料助焊剂的研究[D];大连理工大学;2006年

5 杨志;新型Sn-Ag-Bi-Cu-In钎料合金研究[D];昆明理工大学;2006年

6 樊志罡;无铅钎料的电化学腐蚀行为研究[D];大连理工大学;2008年

7 孙立恒;微量Ni、Re对Sn0.7Cu无铅焊料性能的影响[D];西安理工大学;2008年

8 杨芬;钎料合金及其接头的浸出行为研究[D];大连理工大学;2010年

9 吕娟;Sn-9Zn系无铅焊锡合金的微合金化研究[D];西安理工大学;2009年

  本文关键词：Sn-Zn-Cu无铅钎料研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：254769