顆粒增強(qiáng)錫基復(fù)合釬料研究.pdf

1、電子工業(yè)已經(jīng)成為科學(xué)技術(shù)、先進(jìn)制造業(yè)以及整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。表面組裝技術(shù)(SurfaceMountTechnology)，即SMT，是當(dāng)代最先進(jìn)的電子產(chǎn)品組裝技術(shù)。隨著電子產(chǎn)品的小型化，服役環(huán)境的嚴(yán)酷，產(chǎn)品可靠性要求的提高，人們對電子釬料性能提出了越來越高的要求。 顆粒增強(qiáng)是改善合金性能的有效方法之一。通過在電子釬料中加入外加增強(qiáng)顆粒，形成顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料，不僅可以保持原有基體釬料優(yōu)良的物理性能，而且可以改善釬料的力學(xué)性能，

2、尤其是抗蠕變性能。 本研究以63Sn37Pb和99.3Sn0.7Cu共晶釬料作為基體釬料，通過添加微細(xì)金屬顆粒(1μmAg、1μmNi和8μmCu)形成顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料。研究了增強(qiáng)顆粒對復(fù)合釬料物理性能、力學(xué)性能及釬焊工藝性能的影響，優(yōu)選出63Sn37Pb和99.3Sn0.7Cu兩類復(fù)合釬料的最佳增強(qiáng)體。研究表明：對于顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料，Ni(5vol％)顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的蠕變抗力最好，但其鋪展性能差和剪切強(qiáng)度低；

3、Cu(5vol％)顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的鋪展性能和力學(xué)性能均優(yōu)于基體釬料，釬焊接頭蠕變壽命顯著提高；Ag(5vol％)顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的鋪展性能及力學(xué)性能與Cu顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料相當(dāng)，但成本較高。因此，對于顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料而言，Cu顆粒為最佳增強(qiáng)體。對于顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料而言，Ni(3vol％)顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料鋪展性能差，Cu(3vol％)顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的鋪展性能和抗蠕變性能均不如Ag(3vol％)

4、顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料，因此對于顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛復(fù)合釬料，Ag顆粒為最佳增強(qiáng)體。增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合釬料性能有不同影響。研究表明：對于Cu顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料而言，Cu顆粒最佳含量為1vol％；對于Ag顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料，Ag顆粒最佳含量為5vol％。 穩(wěn)態(tài)蠕變本構(gòu)方程反映了穩(wěn)態(tài)蠕變速率與溫度和應(yīng)力之間的本構(gòu)關(guān)系。本研究采用微釬焊接頭高溫蠕變應(yīng)變測試裝置，測定了不同溫度和應(yīng)力下

5、Cu(1vol％)顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料和Ag(5vol％)顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料及相應(yīng)基體釬料釬焊接頭的穩(wěn)態(tài)蠕變速率，建立了新的穩(wěn)態(tài)蠕變本構(gòu)方程。該方程考慮了溫度和應(yīng)力對應(yīng)力指數(shù)和蠕變激活能的影響。同時，通過對試驗所得的Cu顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料、Ag顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料及其基體釬料釬焊接頭表觀蠕變激活能(ApparentActivationEnergyofCreep)

6、的修正，得出了真實蠕變激活能(TrueActivationEnergyofCreep)。結(jié)果表明，在高溫低應(yīng)力條件下，釬焊接頭應(yīng)力指數(shù)在3.2～8.3之間，真實蠕變激活能與基體的晶格自擴(kuò)散激活能接近，位錯的攀移運(yùn)動由晶格自擴(kuò)散速率控制；在低溫高應(yīng)力條件下，釬焊接頭應(yīng)力指數(shù)在4.8～10.9之間，軟釬焊接頭真實蠕變激活能與基體的位錯管道激活能接近，位錯的攀移運(yùn)動由位錯管道擴(kuò)散速率控制。 釬焊接頭蠕變壽命是評定釬焊接頭使用性能的重要

7、指標(biāo)之一。本研究采用微釬焊接頭，在恒溫恒拉剪應(yīng)力條件下，研究了溫度、應(yīng)力對Cu(1vol％)顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料和Ag(5vol％)顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料及相應(yīng)基體釬料釬焊接頭蠕變壽命的影響。研究表明：在相同試驗條件下，復(fù)合釬料釬焊接頭蠕變壽命均較相應(yīng)基體釬料長；與相應(yīng)基體釬料相比，隨著溫度的升高應(yīng)力的增大，復(fù)合釬料釬焊接頭的蠕變壽命下降快。 最后，本研究從微觀機(jī)理上，研究了增強(qiáng)顆粒對復(fù)合釬料釬

8、焊接頭蠕變性能的影響。研究表明：Cu顆粒增強(qiáng)63Sn37Pb復(fù)合釬料及其基體釬料釬焊接頭蠕變斷裂均沿Cu基板表面的η相與釬焊金屬之間的界面開裂。能譜分析表明，該層為富Pb相，是蠕變斷裂裂紋產(chǎn)生的根源。同時分析了Cu顆粒對富Pb層影響，揭示了Cu顆粒對復(fù)合釬料釬焊接頭蠕變性能的強(qiáng)化作用；Ag顆粒增強(qiáng)99.3Sn0.7Cu無鉛基復(fù)合釬料釬焊接頭的蠕變裂紋存在于釬焊金屬內(nèi)部，主要通過顆粒增強(qiáng)和細(xì)化晶粒，使復(fù)合釬料力學(xué)性能得到改善，釬焊接頭蠕變