超声作用对无钎剂无铅焊点组织演变及可靠性影响的研究

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1、国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文超声作用对无钎剂无铅焊点组织演变及可靠性影响的研究硕士研究生：王强导师：李明雨教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONEFFECTSOFULTRASONICONMICROSTRUCTUREANDRELI

2、ABILITYOFFLUXLESSSAC305SOLDERJOINTSCandidate：WangQiangSupervisor：Prof.LiMingyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechno

3、logy摘要摘要施加超声振动是铸造领域已广泛采用的一种可以细化晶粒，使晶粒取向趋于分散，并提高合金组织性能的方法。而Sn基钎料焊点中电迁移所造成的破坏程度与钎料中Sn的晶粒取向有着极大的关系。当Sn晶粒的c轴与电流方向一致时，Cu和Ni等原子延Sn晶粒的c轴迅速扩散导致电迁移失效。为了能够通过改变晶粒取向来抵消电迁移所造成的危害以及提高无铅焊点的可靠性，本文系统地研究了超声作用对纯Sn及Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.%)(SAC305)钎料焊缝及块体凝固行为、组织演变及性能的影响。并通过与水冷条件相对比，详细分析了施加超声作用与单纯增大过冷度

4、对金属凝固行为影响的联系和区别，并结合EBSDIPF图片中晶粒尺度结果运用计算得出了超声作用下的局部过冷度数值，最终找到了最适宜的超声功率密度值。对以后利用超声作用提高焊点可靠性有着非常重要的意义。在焊缝凝固过程中持续施加超声作用能够使晶粒明显细化，其中在经过200W和267W超声处理后Cu/SAC305/Cu焊缝晶粒均可小于15µm，267W时2晶粒平均截面积只有约175.31µm，相对于不施加超声时降低了约99.6%。通过计算得出了SAC305焊缝结构中各超声功率下的局部过冷度和压强下限，在14-3-1267W条件下，形核率为4.05×10ms

5、，T约为248k，局部压强约为18GPa。local另外，本文详细研究了持续超声作用对焊缝和块体不同结构下凝固行为的影响。两种结构下，凝固温度都随超声功率的提高而增大，但凝固时间却是前者减小而后者增大。同时系统考查了超声作用后焊缝与块体的强度、硬度及抗老化性能。纯Sn的焊缝的强度和块体硬度都有所提高，涨幅分别为35.8%和9%，这主要是因为超声作用带来的细晶强化作用以及Cu6Sn5化合物弥散分布起到的弥散强化作用；而SAC305的焊缝强度提高约15.0%，而焊缝与块体硬度下降分别为9.2%和20.1%。原因晶粒细化后的强化作用被组织的不均匀性极大

6、削弱，过高的超声能量输入会导致金属间化合物，如Ag3Sn的粗化，弱化了组织的性能。16天老化后，经过200W功率超声处理后的焊缝界面IMC生长最为缓慢；而该功率下产生的超细晶粒也并没有发生任何融合长大。说明超声振动产生的超细晶粒抗老化能力较强，组织结构稳定。结合晶粒尺度以及各方面性能，我们认为133W~200W是最佳的功率区间。关键词：无铅钎料；超声振动；超细晶粒；电迁移；机械性能；老化-I-AbstractAbstractApplyingUltrasonicVibration(UV)onsolidifyingmetalhasbeenusingfo

7、ralongtime,whichcouldrefinegrainsize,dispersegrainorientation,andimprovethealloyperformances.Meanwhile,theelectromigrationdamagestronglydependsontheSngrainorientationinsolderjoints.WhenthecaxisofSngrainisalignedwiththecurrentdirection,thefastdiffusionsofCuandNiatomsalongthecax

8、isresultinsignificantdamage.Inordertodecreasethiskindofdamage