低溫對無鉛焊料組織和性能的影響.pdf

1、在這個豐富多彩、日新月異的世界里，電子產品已成為我們生活中的一部分，隨處可見人們使用電子產品、如MP3、手機、電腦、ipad等等。焊料作為電子封裝中必不可少的材料，其性能的研究受到各國研究者的青睞。Sn-Pb焊料以其低成本，低熔點，好鋪展性和易操作被廣泛應用于電子封裝工業(yè)中，但是，含Pb產品對環(huán)境和健康帶來不利影響越來越受到人們的重視，各國制定了關于禁止使用含鉛焊料的法令。
　　隨著高密度組裝的實現和使用環(huán)境的多樣化，電子儀器、設

2、備的使用溫度環(huán)境也變得越來越苛刻，因此對一些在極端低溫下服役的電子產品的可靠性要求也越來越高。于是，無鉛焊料在低溫條件下的可靠性研究已成為封裝技術工程中不可忽視的一個潛在的問題。
　　本文首先制備了鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料和焊絲、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭，以及在無鉛焊料Sn-Sb系列的基礎上添加Cu、Ni元素，制備鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料和焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭。

3、把SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭分別放入150℃、180℃的干燥箱中進行高溫時效，時效時間分別為0天、1天、2天、3天、4天、5天、10天、15天、20天。采用掃描電鏡(SEM)觀察并測量金屬間化合物的厚度，分析金屬間化合物在高溫時效過程中的生長機理和過程。再將鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料和焊絲、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料和

4、焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭等放在4℃、-10℃、-20℃、-80℃的冰柜中進行冷儲存，儲存時間為565天。采用萬能試驗機和疲勞試驗機對經冷儲存后的鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭進行拉伸、剪切、疲勞實驗，通過金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)觀察分析了材料的金相組織、顯微組織和拉伸、剪切斷口

5、形貌，使用X射線衍射儀(XRD)分析了材料的晶體結構和物相組成，并對鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料的密度和SnAg3.0Cu0.5焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni焊絲的電導率進行了測量。結果表明:
　　對于SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料而言，其鑄態(tài)焊料的抗拉強度隨著儲存溫度的降低而降低，在-20℃時達到最小;延伸率經低溫儲存后有提高的趨勢，并保持良好的塑性;SnAg3.0Cu0.

6、5/Cu焊接接頭的抗拉強度和剪切強度都隨著儲存溫度的降低而降低;經不同溫度冷藏后的焊點拉伸斷裂面以及斷口斷裂形式并不完全一致，總體表現為隨著冷藏溫度的降低，斷口更平整，斷裂方式由塑形向脆性轉變;經4℃以及-10℃冷藏后的焊點剪切斷裂面都在焊料上，表現為塑性斷裂，經-20℃以及-80℃冷藏后的焊點剪切斷裂方式均為脆性斷裂;此外，焊絲的電導率隨著儲存溫度的降低呈波浪起伏變化;焊料密度在-80℃的冷藏溫度下達到最大;隨著時效時間的增加而Cu3

7、Sn(ε)相層不斷變厚，Cu6Sn5相層的厚度隨著時效時間的延長呈先升高，后降低，再升高的趨勢;通過XRD分析，焊料主要由β-Sn、Ag3Sn兩相構成，未能在合金中檢測出Ag、Cu單質。
　　對于SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料而言，其鑄態(tài)焊料的抗拉強度隨著儲存溫度的降低而降低，在-20℃時最小;延伸率隨儲存溫度的降低逐漸提高，當儲存溫度為-10℃時，延伸率最大，達到33.51％; SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭的

8、抗拉強度和剪切強度都隨著儲存溫度的降低而直線下降;在焊接接頭拉伸實驗中，隨著冷藏溫度的降低，斷裂面位置分別在焊料以及中間化合物、焊料/Cu6Sn5、焊料/Cu6Sn5、金屬間化合物Cu3Sn，斷裂方式由韌性斷裂向脆性斷裂過渡;隨著冷儲存溫度的降低，焊點剪切斷裂方式由塑形向脆性轉變;同時，焊絲電導率隨著儲存溫度的降低呈現直線上升現象;焊絲密度隨著儲存溫度的升高而降低，在4℃時最小;經XRD分析，焊料主要由β-Sn和化合物SnSb、單質Sb