無鉛合金釬焊接頭熱疲勞性能的研究.pdf

1、眾所周知，含鉛釬料(主要是Sn-37 Pb)以良好的物理化學(xué)性能，充足的供應(yīng)及較低廉的價格，長期以來含鉛釬料在表面封裝的機(jī)械和電氣連接中一直發(fā)揮著重要的作用。在過去的幾年中，由于鉛和鉛制品的毒性對人的身體和環(huán)境造成了危害，國際許多大型電子產(chǎn)品生產(chǎn)商和科研機(jī)構(gòu)都越來越關(guān)注于Sn-Pb釬料替代品的研究。同時，釬料作為電子產(chǎn)品機(jī)械和電器連接中最為薄弱的環(huán)節(jié)，其高力學(xué)性能和服役可靠性的需求也日趨迫切。 目前應(yīng)用比較廣泛的無鉛釬料都是以S

2、n-Ag基二元或三元合金釬料，其中，Sn-3.5Ag和Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金被人們視為最有可能替代傳統(tǒng)Sn-Pb釬料的無鉛釬料。許多研究還表明，稀土元素可以細(xì)化晶粒，向Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金中添加微量的稀土可以提高其性能。因此，本課題選擇共晶Sn-3.5Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cu以及Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.1RE三種無鉛合金釬料作為本次研究的對象。 本課題是對Sn-3.5Ag、Sn-

3、3.0Ag-0.5Cu以及Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.1RE三種無鉛合金釬料的釬焊接頭進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)和殘余機(jī)械性能的試驗(yàn)。熱疲勞試驗(yàn)采用模擬實(shí)際工況條件下的溫度曲線--40℃至125℃范圍的溫度曲線，極值溫度停留10min，升溫和降溫時間為5min，對接頭進(jìn)行0、100、250、500的熱疲勞循環(huán)周期后，觀察熱疲勞后試樣的顯微組織和剪切強(qiáng)度變化，從而對Sn-Ag系釬料合金的服役可靠性進(jìn)行比較和評價。 結(jié)果顯示，經(jīng)歷不同周期

4、的熱疲勞試驗(yàn)后，三種釬料的釬焊接頭的顯微組織變化及晶界裂紋形成和形貌明顯不同。Sn-3.5Ag釬料釬焊接頭出現(xiàn)金屬間化合物與釬料基體分離的現(xiàn)象，裂紋沿45°角向釬料接頭內(nèi)部擴(kuò)展；Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料釬焊接頭裂紋擴(kuò)展路徑與界面處金屬間化合物層平行；Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.1RE釬料釬焊接頭在經(jīng)歷熱疲勞周期后，裂紋在釬料與界面處的金屬間化合物層處產(chǎn)生，并遠(yuǎn)離金屬間化合物Cu<,6>Sn<,5>層沿10°角向釬料基體內(nèi)部

5、擴(kuò)展。 同時，對熱疲勞后的接頭試樣進(jìn)行拉剪實(shí)驗(yàn)，三種試樣的剪切強(qiáng)度存在微小差別，拉剪強(qiáng)度都隨著熱疲勞周期的增加而降低，但在經(jīng)歷相同熱疲勞周期后，Sn-3.0Ag-005Cu釬焊接頭的剪切強(qiáng)度高于另外兩種釬料的試樣。Sn-3.5Ag釬焊接頭的拉剪強(qiáng)度下降速率最快，且其剪切強(qiáng)度最低。Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.1RE接頭的拉剪強(qiáng)度也隨著熱疲勞周期的增加而下降，但是其下降速率是三種釬料合金中最慢的。 此外，三種材料經(jīng)歷相