铜单晶体无铅焊料的界面组织与性能

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1、沈阳工业大学硕士学位论文摘要本实验选取典型的无铅焊料与铜单晶体进行热熔焊，通过对部分无铅焊料／Cu单晶体样品进行固定温度下的时效，分析了无铅焊料／Cu单晶体界面微观组织和形貌的演化。进一步通过拉伸及应变疲劳实验，研究无铅焊料／铜单晶体时效前后的拉伸性能及疲劳性能，总结出裂纹萌生位置和扩展路径，研究了时效对无铅焊料／Cu单晶体连接界面变形和断裂方式的影响。时效处理后，Sn4Ag，Sn-3Cu／Cu单晶体界面处的金属间化合物由原始态时单一的Cu6Sn5化合物层发展为Cu6Sn5和Cu3Sn两种化合物层；Sn．9Zn／Cu单晶体界

2、面处的金属问化合物始终只有cu5zns一种。所有焊接样品化合物层的厚度都随着时效时间的增加而增加，界面形貌也随着时效时间的增加趋于平整。由力学实验测得的数据可知，焊接样品的力学性能随着时效时间的增加而降低，Sn-Ag焊料焊接而成的样品具有最好的力学性能，Sn．cu焊料次之，Sn-Zn焊料的力学性能最差。界面化合物层的厚度和形貌是影响裂纹萌生位置和扩展路径的主要因素。在外力的作用下，宏观上裂纹首先在样品的边缘部位产生，微观上裂纹有3种扩展路径，即：对于原始态时不规则的界面形貌，裂纹在突出的化合物根部产生，然后向四周焊料内发展，

3、并表现出典型的韧性断裂；时效后长成平面化合物层，沿着平整的IMc，焊料界面扩展；在经过长时间时效处理后，在过厚的IMC层中水平扩展，造成一定的脆性断裂。在IMC／焊料界面，IMC／Cu基体界面以及不同IMC层之间的界面中，只在IMC／焊料界面中发现了开裂，在其它两种界面上并未发现裂纹的扩展。在此基础上讨论了垂直于连接界面小裂纹的萌生与开裂机制。关键词：无铅焊料，时效，界面化合物，力学性能，疲劳裂纹铜单晶体，无铅焊料的界面组织与性能TheMicrostructureandmechanicalpropertyofLead-fre

4、esolder／coppersinglecrystalinterfaceAbstractInthispaper,threetypicallead-freesolderswerebondedtocoppersinglecrystalbyreflowwelding．Theevolutionofmicrostructureandthemorphologyatthethreeinterfacesoflead·fleesolder／coppersinglecrystaljointsWereinvestigatedbyisotherma

5、lagingexperiment．Tensileandfatiguetestswerecarriedouttoinvestigatethetensileandfatiguepropertiesofthesolderingsamples．Theinitiationandpropagationofcrackswerediscussedinordertorevealtheeffectofagingontheinterfacialdeformationandfracturemode．ThemicrostructureofSn-4Ag

6、／CuandSn-3Cu／CuinterfaceischangedfromsingularCu6Sn5layertoduplexlayersofCu6SnsandCu3Snphasesafteragingtreatment；however,themicrostruetureofSn-9ZninterfaceonlyconsistsofCusZnslayerbeforeandafteragingtreatment．Withincreasingtheagingtime，thethicknessofIMClayersallincr

7、easesandthemorphologyoftheIMClayerspreferstochangefromirregulartypetoplanartype．Theexperimentalresultsshowthatthemechanicalpropertiesofthesolderingsamplesdecreasewithagingtime．Sn-Agsolderingsampleshavethebestmechanicalproperty,andSn—Znsamplesshowtheworst．Thethickne

8、ssandthemorphologyoftheIMClayersarethemostimportantfactorswhichdeterminetheinitiationandpropagationofcracks．Cracksfirstoceurredatthecomerofsolder