微电子连接无铅钎料的研究

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1、山东大学硕士学位论文微电子连接无铅钎料的研究摘要随着社会的发展和人们环保意识的增强，人们越来越重视控制铅的污染，为此世界各国纷纷出台法律限制在电子组装行业中使用含铅钎料。因此研制替代传统Sn--Pb钎料的无铅钎料成为材料领域所面I临的重要课题。我国目前还没有自主知识产权的无铅钎料问世，这对于一个家电出121大国来说将会在生产和销售上受制于人。所以研究具有自主知识产权、性能优、成本低的无铅钎料具有重大的经济和社会意义。本文通过合金化处理，即向Sn--Zn基体中添加Cu、Bi和稀土ce来改善无铅钎料合金的润湿性。通过铺展性试验和DSC熔点测定，结果表明：向基体中添加Cu、Bi

2、和稀土元素均能起到改善钎料合金润湿性的作用：尤其是Bi元素的添加在改善了钎料润湿性的同时，还降低了钎料的熔点。研究表明，成分为Sn+4％Zn+O．8％Cu+5％Bi+少量Ce的无铅钎料具有优良的润湿性和力学性能，该钎料的一熔化温度区间为189．6～193．8。C，抗拉强度为53．6Mpa，延伸率为39％。通过铺展性试验和钎料熔化的动态分析，结果表明：与无铅钎料合金相配套的钎剂为含有活性剂ZnCl2的松香：该钎剂腐蚀率为O．0014g／cm2，不挥发物含量比较大为58．6％，焊后需要清理：无铅钎料合金在198。C开始熔化，230℃完全熔化；钎料最佳的钎焊温度为250℃，保温

3、时间为15min。采用X射线衍射、光学显微镜、SEM、EDS、电子探针和万能试验机等分析测试手段，对钎焊接头的组织、成分及性能进行分析研究。结果表明：在钎焊接头中Bi相组织呈层片状分布，降低了基体的强度，使钎焊接头的剪切强度降低；Cu元素的加入降低了Cu—Sn脆性化合物生长分解的速度，提高了接头的力学性能：Zn元素的加入，阻碍了Sn、Cu之间的扩散结合，抑制了Cu—Sn脆性化合物层厚度的增加，提高了钎焊接头的剪切强度；稀土ce可以细化钎焊接头中的组织，提高了钎焊接头的剪切强度，当Ce的含量为O．3％时，钎焊接头的剪切强度比不含Ce的提高了5．8Mpa。总之，通过合金化的方

4、法来改善无铅钎料合金的性能，最终得到一种无毒、pll■L．1●I由东大学硕士学位论文润湿性良好、力学性能优良、成本低的无铅钎料。关键词：无铅钎料润湿性铺展面积钎焊接头●山东大学硕士学位论文ResearchofLead—freeSoldersinMicroelectronicJoiningAbstractWiththedevelopmentofsocietyandpeople’Sincreasingawarenessofenvironmentalprotection，peoplearepayingmoreattentiontOcontrolofleadpollution，S

5、OlegislationstolimittheuseofsolderscontainingleadinelectronicsassemblyhavebeenintroducedbymanycountriesTherefore，thedevelopmentoflead-freesoldersreplacingtraditionalSn—Pbsolderhasbecomethefocusofstudyinmaterialfield．Rightnowthereisnolead—freesolderswithself-determinedpropertyfightinourcou

6、ntry．Asanimportantexportcountryofhomeappliances，itisrestrictedbyothernationsinproductionanddistribution．Soithasimportanteconomicandsocialmeaningtostudylead—freesolders、vitIlself-determinedpropertyright，goodperformance，lowcosts．Inthispaper,Cu，BiandCeareputintoSn·Znbasedalloytoimprovelead—f

7、reesolder’SwettabilitybyalloyingSpreadabilityandDSCtestsareperformed，astheresults：Cu，BiandCeCanimprovesolderalloy’Swettabilitybyputtingintothebasedalloy；especiallyBiCanreducethesolderalloy’Smeltingpointaswell．Studyindicates：lead-freesolderalloycompositionofSn+4％Zn+0