snagcure钎焊接头蠕变行为的研究

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1、摘要欧盟已颁布WEEE法令，明确提出将于2006年全面禁止含铅钎料的使用。面对着商业竞争的压力，各国的电子制造商以及科研机构纷纷开展广泛的无铅钎料研究工作。新型的无铅钎料不仅要具有良好的工艺性能，更重要的是要有更高的力学性能，尤其是焊点的抗蠕变能力，以满足电子工业不断增长的对可靠性的要求，确保其在服役过程中能可靠运行。SnAgCu合金有着优良的润湿性能和力学性能，被认为是最有潜力的SnPb钎料的替代品。在众多的SnAgCu合金中，sn．3．8Ag．0．7Cu钎料由于其较高的抗蠕变性能，而受到了广泛的关注。然而，电子线路板的超细间距式的设计趋势以及越来越严酷的服役环境，要求新型的无铅钎料

2、具有更高的高温蠕变抗力。向合金中添加具有表面活性的元素可以有效地改善钎料的抗蠕变性能。本文选择目前在无铅钎料领域中较为看好的Sn一3．8Ag一0．7Cu钎料，通过向其中添加微量的Ce基混合稀土，研究了稀土对Sn-3．8Ag．0．7Cu合金蠕变性能的影响：通过蠕变断裂寿命的测试，研究了不同稀土含量对Sn一3．8Ag一0．7Cu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响：通过蠕变应变试验，确定Sn．3、8Ag-0．7Cu以及SnAgCu-0．1RE的应力指数、激活能以及常数A，建立了反映稳态蠕变速率与温度和应力之间的本构关系。稀土的添加对Sn．3．8Ag．0．7Cu钎料的其他性能以及微观组织结构也有影响。

3、本文分别对Sn．3．8Ag一0．7Cu以及含有不同含量的SnAgCuRE钎料合金进行了物理性能、工艺性能及常规力学性能的测试，并进行了对比。最后，分析了稀土的添加对Sn．3．8Ag一0．7Cu钎料合金及其钎焊接头显微组织的影响。在所研究的合金中，未出现低熔点共晶峰，表明混合稀土的添加不会使SnAgCu合金产生低熔点共晶成分。添加微量的混合稀土对SnAgCu钎料合金的熔化温度影响不大，液相线温度大致在220"C～225。C之间。对SnAgCuRE钎料进行的物理、工艺及常规力学性能测试表明，从综合性能角度考虑，SnAgCu合金中稀土添加量不宜超过1．0wt．％。蠕变断裂寿命试验表明微量混合

4、稀土的添加可以显著地提高室温下SnAgCu钎焊接头的蠕变断裂寿命。在室温条件下，稀土含量为0．1wt．％时，蠕变断裂寿命最高，可以达到Sn．3．8Ag．0．7Cu的7倍以上。当稀土含量超过01wt．％D,-t，接头的蠕变断裂寿命呈下降趋势。尤其是当稀土含量为1．0wt．％时，接头的蠕变断北京J：业人学【学博十学位论文裂寿命甚至低fSn．3．8Ag．0．7Cu钎焊接头，大体与SnPb钎焊接头的蠕变断裂寿命持平。因此，在SnAgCu钎料合金中，稀土的添加量不宜超过1．0wt．％。在65℃下，接头蠕变断裂寿命提高得不多。最高只有SnAgCu钎料的两倍多。因此，稀土添加量的最佳范围在O．05w

5、t．％一0．25wt．％之间，稀土添加不易超过1．0wt．％。对Sn．3．8Ag一0．7Cu和SnAgCu．0．1RE两种合金的钎焊接头蠕变参数(应力指数、蠕变激活能)分别进行了测定；对常数A进行了计算。从而得出了描述稳态蠕变速率与应力和温度相关性的本构方程。通过对试验所得的sn一3．8Ag一07Cu及SnAgCu一0．1RE钎焊接头表观蠕变激活能的修正，得出了其真实蠕变激活能。结果表明，在低应力条件下，Sn．3．SAg一0．7Cu及SnA。gCu一0．1RE钎焊接头的真实蠕变激活能都与基体Sn的晶格自扩散激活能接近，从而其稳态蠕变速率在低应力下由晶格自扩散速率控制；在高应力条件下，S

6、n一3．8Ag．0．7Cu及SnAgCu．0．1RE钎焊接头的真实蠕变激活能与基体sn的位错管道扩散激活能接近，从而其稳态蠕变速率在高应力下则由位错管道扩散的速率控制。因此，通过总结可以得出：在低应力下，sn一3．8Ag一0．7Cu和SnAgCu．01RE钎焊接头的最优化应力指数n分别为6．9和82，真实蠕变激活能都与晶格自扩散激活能接近；在高应力下，sn．3．8Ag．0．7Cu和SnAgCu．0．1RE钎焊接头的最优化应力指数n分另4为11．6和14．6，真实蠕变激活能都与位错管道扩散激活能接近。进而，Sn一3．8Ag一0．7Cu和SnAgCu．0．1RE钎焊接头蠕变变形的主控机制为

7、位错的攀移过程。从而得出，在本文的试验温度和应力条件下，sn．3．8Ag．0．7Cu及SnAgCu一0．IRE钎焊接头的蠕变变形是由位错蠕变机制控制的。具体来说，蠕变变形是位错滑移和位错攀移共同作用的结果，而控制稳态蠕变速率的主控机制为位错的攀移。在低应力下，位错的攀移主要通过基体Sn的品格自扩散过程控制；而在高应力下，位错的攀移则由位错管道扩散过程控制。对SnAgCuRE钎料合金及其接头的显微组织形成机制进行了探讨。通过对合金中元素间的相互作