snzncu（ni）无铅钎料及其钎焊接头界面反应研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要钎料无铅化己成为电子封装领域中的发展趋势。Sn．Zn钎料成本较低、熔点与Sn-Pb(183℃)接近以及力学性能优异而逐渐成为无铅钎料的有利竞争者之一，但Sn．zn钎料润湿性差，Zn易氧化和抗腐蚀性差等缺点是此钎料在广泛应用前需要解决的问题。在前期研究中发现Sn．9Zn合金中加入2％的Cu元素时，能够有效减少Zn的氧化，从而得到综合性能较为理想的无铅合金。本论文在前期研究基础上，将钎料中Cu的含量固定在2％，探索了Zn含量的变化对钎料熔化行为、基体微观组织的影响，以及与Cu基板在250℃钎焊时的界面反应。由于Ni元素和

2、Cu元素有相似的晶格点阵，同时在实际的封装中，Ni为常用的基板镀层，在钎焊及以后的服役条件下，微量的Ni元素会逐渐扩散到钎料中。因此在本论文同样也研究了(Sn．9Zn)-xNi无铅钎料合金的组织、熔化行为、润湿性及钎焊接头的剪切强度等。基于上述研究，获得如下主要结果：l、Sn-xZn-2Cu(x=6．5、8．8、lO、121基体中均含有CusZrl8一种金属间化合物(tMC)。Sn-6．5Zn-2Cu、Sn-8．8Zn-2Cu、Sn-lOZn-2Cu的熔点分别为220．67℃、220．33℃和218．84℃，相差不大。Sn-12Zn-2Cu只有

3、一个吸热峰，为205．95℃。2、Sn-xZn-2Cu的扩展率和润湿面积都随着孙含量的增加而依次减小，但其与Cu基板在250℃下钎焊后的接头剪切强度相差不大，均在20～25Mpa之间。钎焊接头在70℃和120℃下进行时效，时效48h内，接头剪切强度急剧下降，之后随时效时间的增加，剪切强度略有降低。3、250℃下钎焊后，在Sn．8．8Zn-2Cu／Cu、Sn-lOZn．2C“Cu和Sn．12Zn．2C“Cu界面均形成平直的CusZnsIMC层，而Sn．6．5Zn．2Cu／Cu接头在钎焊初期界面只有CusZns，当钎焊时间达到25h后，界面IMC层

4、已转变为CuZn和Cu6Sn5两层结构。在相同的钎焊时间下，Sn-xZn-2Cu／Cu界面IMC层厚度随zn含量的增加而逐渐变厚。钎焊接头在120。C下时效过程中，界面IMC层的生长受扩散机制控制。4、Ni元素的添加对Sn．9Zn钎料的熔点影响不大，但使其熔程变大。随钎料中Ni含量的增加，Sn．9Zn-xNi(x=0、0．1、O．5、1)钎料在Cu基板上在250℃下钎焊后的润湿角变小，扩展率变大。(Sn-9Zn)-xNi与Cu基板钎焊后，其接头界面IMC均为CusZns。(Sn．9Zn)．xNYCu钎焊接头的剪切强度随Ni含量的增加而有所降低，

5、当Ni含量为1％时，(Sn．9Zn)．1Ni／Cu接头的剪切强度为20．56MPa，比Sn-9Zn／Cu接头剪切强度下降了14％。关键词：无铅钎科；润湿性；界面反应；时效；剪切强度Sn-Zn-Cu(Ni)无铅钎料及其钎焊接头界面反应研究ResearchonthepropertiesandtheinterfacialreactionsofSn—Zn-Cu(Ni)lcad—freesoldersAbstractLeadandPbcompoundshavebeencitedbytheEnvironmentalProtectionAgency(EPA)

6、asoneofthetop17chemicalsposingthegreatestthreattohumanbeingsandtheenvironment，whichindicatesthatdevelopingviablealtemativelcad．fleesoldersforelectronicassembliesandotherSOttsolderingisatrend．InallSn．basedsolders．Sn-Znhasa10WCOst．closedmeltingpointtothatofeutecticSn-Pbsoldera

7、ndexcellentmechanicalproperties．However,thebadwettingandeasyoxidationbehaviorswhicharecausedbytheactiveZnelementneedtoberesolvedbeforetheextensiveuseofSn-Znalloyinelectronicpackaging．Basedontheresultsofpreviousexperiments，thelead．freesolderCangetbetterpropertiesbyadding2％Cue

8、lementintoSn-Znalloy．whichCanreducetheoxidationofZninthesurfaceofsolder．Soi