snzncu无铅钎料研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要由于铅及含铅化合物对人体和环境产生危害，钎料无铅化已成为电子封装等相关焊接发展趋势。通过近十年的研发，sn—Ag，Sn—In、Sn吨i、Sn—Zn等无铅钎料被证明最有可能成为SnPb铅料的替代品。而在所有Sn基钎料中，sn—Zn钎料成本较低、熔点不高∥及力学性能优异而逐渐成为无铅钎料有利竞争之一，但zn易氧化和腐蚀差缺点是钎料应用前需要解决的问题。尽管已有研究显示加入In、Bi、Al等能提高sn—zn钎料这种润湿性和抗氧化性．但这种提高非常有限。而通过原有实验发现Sn

2、-9Zn合金中加入合金化元素Cu，自由zn会向cu—zn化合物转变，从而有效减少zn的氧化。因此本文主要是研究与分析添加不同cL合金对钎料组织和力学性能影响，并通过在Cu基板上钎焊研究其润湿反应和界面组织变化。同时为了降低钎料熔点和提高润湿性而为获得综合性能良好的无铅钎料，在(Sn-9Zn)一2Cu加入3％Bi和不同量的Ni。为了研究钎料与凸点下Ni镀层钎焊润湿性和使用可靠性，采用Sn_9Zn一3cu与Ni基钎焊并于170℃下时效不同时间从而研究界面处的组织变化。由以上研究结果表明；l、Cu的加

3、入减少了zn原子在液态钎料表面的氧化，有效的降低钎料的表面张力，使钎料与cu之间的润湿性得到显著提高，获得了较小的润湿角。但随着cu含量的增加，合金熔点逐渐升高。钎料的抗拉强度随着cu含量的增加先增大后减小，sz—xCu／cu接头剪切强度则由于界面I托的转变以及钎料合金自身强度的变化雨导致钎焊接头剪切强度发生变化。在Cu含量不大于8％时，随着cu的增加SZ—xCu钎料中针状富zn相逐渐转变为cu—Zn化合物：当cu含量超过8％后，cu5‰相开始出现。界面处IMc在O～1％Cu时主要为层状cu。Z

4、m相；在2～6％cu时，为Cu5Sn。相和cu。Zn。相共同组成；在8％Cu时，为扇状Cu。Sn5相组成。2、Bi的加入会降低SZC合金的熔点，同时又会导致熔化区间扩大和富zn相的粗化：Ni的加入会随着含量增加逐渐消除含Bi钎料组织的粗大，但会相应地提高液相线。在Ni达l％时，钎料基体中圆棒状Cusz弛相开始转变成方块状(Cu，Ni)5znB相；Bi、Ni的加入都能有效提高钎料的可焊性。随着Ni含量的增加，润湿角逐渐减少，且在使用RMA钎剂情况下，润湿角减为一半以上；微量Bi、Ni对界面IMc组

5、织与形貌没什么影响，但1％Ni会降低界面IMc地厚度和钎料处富zn相的含量。3、与Sn一9Zn不润湿Ni基板的相反是，SZ．3Cu钎料中ZIl与Cu生成化合物有利避免zn在液态钎料钎焊时的氧化，在使用RMA钎剂情况下仍然较好的在Ni基上铺．I．Sn．Zn-Cu无铅钎料研究展，所得润湿角为67。；界面IMCNi5Zn2l在170"C下时效1000h仍然保持完整，时效初期(500h以前)厚度与时间主要成抛物线关系，时效时间超过500h后IMC厚度增长非常缓慢因为ZIl很难由Cu-Zn化合物扩散至界面

6、。关键词：无铅钎搴i}；显徽组织：时效；润湿性；金属间化台物．Ⅱ．奎垄望三查堂堡主堂垡笙苎一．珊eresearchouSn-Zn-Culead-freesolderAbstractLeadandPbcompoundshavebeencitedbytheEnvironmentalProtectionAgency(EPA)asoneofthetop17chemicalsposingthegreatestthreattohumanbeingsandtheenvironment,whichindicat

7、ethatdevelopingviablealternativelead—freesoldersforelectronicassembliesandothersoftsolderingisatrendThroughmorethanloyearsstudy,Sn-Ag、Sn·ZnCtalaresummarizedasproperlysubstitutesofSn-Pballoy．砸alISn-basedsolders,Sn-Znisalowcost、closedmeltingpointsolder

8、andhasexcellemmechanicalproperties，howeverthebadwettinlgandoxidationbehaviorwhichcausedbyactiveZnelementneedberesolvedbeforeapplying．ManyelementssuchasIn、Bi、A1areaddedtOSn-Znalloy．buttheimprovementofwettingisstillLimited．Throughpreviousexperiments’re