Ce對(duì)SnAgCu釬料性能和Cu6Sn5界面層生長(zhǎng)行為的影響.pdf_第1頁(yè)
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1、無(wú)鉛釬料出現(xiàn)以前,SnPb共晶及近共晶釬料因具有釬焊性能優(yōu)異、潤(rùn)濕性能良好、各項(xiàng)機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),且SnPb釬料原料在地殼中儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉、熔點(diǎn)低(約183℃),而被廣泛應(yīng)用于電子封裝行業(yè)。然而,Pb對(duì)環(huán)境安全和人體健康存在致命的威脅。近年來(lái),隨著全球無(wú)鉛化的推進(jìn),迫切需要一種釬焊性能優(yōu)良的無(wú)鉛釬料替代SnPb釬料。SnAgCu系無(wú)鉛釬料因良好的釬焊性能而被公認(rèn)為是傳統(tǒng)SnPb釬料最具潛力的替代者之一。但是SnAgCu釬料仍存在基

2、體組織粗大、釬焊可靠性不足等問(wèn)題。因此,對(duì)SnAgCu的性能改善仍為重要的研究課題。
  本文以Sn-3.8Ag-0.7Cu無(wú)鉛釬料合金為研究對(duì)象,探索0.2wt%的稀土Ce對(duì)釬料組織和性能的影響。并且在研究過(guò)程中,將Sn-3.8Ag-0.7Cu和Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.2Ce釬料的各項(xiàng)性能與傳統(tǒng)Sn-37Pb釬料進(jìn)行對(duì)比。并進(jìn)一步討論了三種釬料與銅基板在反應(yīng)界面處Cu6Sn5的生長(zhǎng)行為。主要研究?jī)?nèi)容結(jié)果如下:
 

3、 當(dāng)添加0.2wt%的Ce后,釬料組織中β-Sn晶粒被細(xì)化。作者認(rèn)為,這種細(xì)化主要是由于在SnAgCuCe系統(tǒng)中,Ce具有親Sn性,由于Sn-Ce化合物的吉布斯自由能低于Cu-Ce與Ag-Ce化合物,Ce元素易吸附在Sn的生長(zhǎng)界面前沿,并可以不斷封鎖原有的生長(zhǎng)臺(tái)階,促發(fā)分枝生長(zhǎng)并改變其生長(zhǎng)方向,進(jìn)而細(xì)化β-Sn。此外,組織中的第二相Cu6Sn5和Ag3Sn同時(shí)得到細(xì)化,這與Ce降低IMCs的形核功,提高形核率有關(guān)。
  添加0.2

4、wt%的Ce之后,Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的顯微硬度由23.2HV下降至22.2HV。分析認(rèn)為Ce的原子半徑較大,形成的CeSn3鍵能低,從而降低了釬料基體的硬度。但是其顯微硬度值仍比Sn-37Pb的12.3HV高。
  添加0.2wt%的Ce之后,Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的潤(rùn)濕性能提高了約11%。分析認(rèn)為,活性元素Ce降低了液態(tài)釬料與釬劑之間的表面張力,使釬料的潤(rùn)濕面積增加,潤(rùn)濕角減小。盡管如此,潤(rùn)濕性只達(dá)到了傳

5、統(tǒng)Sn-37Pb釬料的一半。
  0.2wt%的Ce添加使Sn-3.8Ag-0.7Cu釬焊接頭的抗拉剪強(qiáng)度從33.0PMa提高到了36.3MPa,提高了10%,已接近Sn-37Pb釬焊接頭的37.4MPa。分析認(rèn)為,強(qiáng)度的提高,主要得益于三方面。一方面,組織的細(xì)化,增加了晶界,從而提高抗拉阻力,即細(xì)晶強(qiáng)化作用;第二方面,晶界間CeSn3化合物的存在進(jìn)一步增加了晶界運(yùn)動(dòng)的阻力,有利于抗拉剪強(qiáng)度的提高;此外,在Sn-3.8Ag-0.7

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