biag基高温无铅钎料的研究

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1、哈尔滨理丁人学T学硕。fj学位论文Bi．Ag基高温无铅钎料的研究摘要从封装温度来分类，软钎料分为低温钎料、中温钎料、高温钎料。传统的Sn．Pb钎料是微电子组装与封装中应用最为广泛的连接材料，但由于Pb对人类健康和环境的影响，已经实施的欧盟RollS指令和我国颁布实施的《电子信息产品污染控制管理办法》都已经规定，禁止使用Sn一37Pb钎料(熔点l83℃)。工业上正在使用的中温无铅钎料，比较典型的有Sn．Cu(共晶成分熔点227℃)、Sn．Ag(共晶成分熔点22l℃)等系列合金钎料。虽然在RollS指令中含铅的质量分数超过85％的高熔点Sn．Pb钎

2、料(如90Pb-10Sn熔化温度268．301℃)因还没有找到合适的替代材料而得到豁免，但由于Pb的危害以及合金本身的负面影响，在电子工业中迫切需要研制新型高温无铅钎料来取代高铅钎料。Bi．Ag合金有较合适的共晶(Bi．2．5％Ag)温度(262．5℃)，且其硬度与95Pb．5Sn合金接近，价格可以让人接受。本文在Bi．Ag合金中添加微量元素Ni、Cu、Ge，制备BiAgNiCuGe钎料合金，研究添加不同含量的Ag对钎料合金的熔化特性、合金及钎焊接头的微观组织、剪切强度的影响。研究结果表明，Bi一2Ag．0．4Ni．0．2Cu．0．1Ge亚共晶

3、(<2．5％hg)合金微观组织由初晶Bi和包围着初晶的富Ag微粒／NiBi3微粒／Bi共晶组织组成；而Bi．(5、8、11、14)Ag．0．4Ni．0．2Cu．0．1Ge过共晶合金微观组织由树枝状的初生Ag和富Ag微粒／NiBi3微粒／Bi共晶组织组成。Ag的加入量对BiAgNiCuGe钎料合金的熔点影响不大，在259℃．261℃范围内变化。钎料合金在Cu基板上的润湿面积随着Ag含量的增加逐渐减小。五种成分钎料与Cu基板钎焊所形成接头的界面凹凸不平，且接头处无金属间化合物生成。时效前后钎焊接头界面钎料一侧的微观组织与原始钎料微观组织未有显著差异

4、。时效前后BiAgNiCuGe／Cu钎焊接头剪切强度均随着Ag含量的增加有不同程度提高，其原因是初生Ag能够阻碍裂纹生长。观察BiAgNiCuGe／Cu钎焊接头剪切断口发现，钎料与Cu基板的连接主要是通过液态钎料原子向Cu晶界扩散，形成半机械半冶金连接。钎料中的Bi向Cu晶界的扩散程度高于Ag。钎料与Cu连接的界面为钎焊接头薄弱区，是剪切断裂的起点。哈尔滨理工大学T学硕上学位论文关键词高温无铅钎料；微观组织；晃面：剪切强度；断口哈尔滨理T人学工学硕十学位论文ResearchofHigh-TemperaturePb-FreeSoldersBase

5、donBi——AgAlloyAbstractAccordingtotheclassificationofpackagetemperature，softsoldersaredividedintolow—temperaturesolders，middle—temperaturetemperaturesoldersandhigh—temperaturesolders．ThetraditionalSn-Pbsolderisthemostwidelyusedasconnectedmaterialinmicro-electronicassembleandp

6、ackageindustry．However,becauseofthebadeffectofPbonhumanhealthandtheenvironment，theimplementationoftheEURoHSandthe”ElectronieInformationProductsPollutionControlandManagement”promulgatedinChinahaveregulatedthattheuseofSn-37Pbsolder(meltingpointis183℃)wasprohibited．Typicalmiddl

7、e—temperaturelead—freesoldersbeingusedinindustryareSn-Cu(themeltingpointofeutecticcompositionis227"C)、Sn-Ag(themeltingpointofeutectiecompositionis221℃)andSOon．ThehighmeltingpointSn—PbsoldersintheRollSdirective(suchas90Pb-10Snmeltingtemperature268—301℃)，inwhichthemasspercenta

8、geofleadiSmorethan85％，havebeenallowedtouse，becausethesuitablealternativemat