石墨烯+Sn-Ag-Cu复合钎料性能研究

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1、硕士学位论文石墨烯+Sn-Ag-Cu复合钎料性能研究STUDYONTHEPROPERTIESOFGRAPHENE+SN-AG-CUCOMPOSITESOLDER黄亦龙哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG425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石墨烯+Sn-Ag-Cu复合钎料性能研究硕士研究生：黄亦龙导师：修子扬讲师申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB425U.D.C:621.791Dissertationfor

2、theMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEPROPERTIESOFGRAPHENE+SN-AG-CUCOMPOSITESOLDERCandidate：HuangYilongSupervisor：LecturerXiuZiyangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsProcessingEngineeringSchoolofMaterialsScienceAffiliation：andEngineeringDateofDefence：June,2015Degr

3、ee-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着电子器件向小型化、高密度方向发展，钎料焊点的服役条件越来越苛刻。因此，急需研究一种新型复合钎料以满足现代电子产品对钎料焊点高可靠性的要求。石墨烯（GNSs：Graphenenanosheets）是一种性能优异的纳米增强体。本课题通过粉末冶金工艺制备了质量分数分别为0%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%和0.1%的Sn-Ag-Cu（SAC）+GNSs复合钎料。烧结过程中，在压力和热作用下钎料粉界面之间原子相互扩散使钎料粉成为

4、统一的钎料整体。研究结果表明添加GNSs后复合钎料密度和热膨胀系数降低，硬度提高；对钎料微观组织观察发现，添加GNSs能够细化微观组织使钎料单位体积界面能提高，从而降低复合钎料熔点；当GNSs添加量为0.02%时，GNSs以一种类似“海-岛两相体系”结构均分钎料基体中，复合钎料热扩散系数下降。当GNSs添加量大于0.02%时GNSs相互接触形成导热网，复合钎料热扩散系数提高。用SAC及其复合钎料与铜基板进行钎焊。测量焊点接触角发现添加GNSs能够降低接触角，GNSs添加量越大接触角下降越明显。研究添加0.1%GNSs对钎料和铜基板界面IMC生长的影响规律。结果表明钎焊5min后

5、，钎料与铜基板界面Cu6Sn5形貌为扇贝形和六棱柱形。随钎焊时间延长，扇贝形Cu6Sn5尺寸减小，六棱柱形Cu6Sn5尺寸迅速增长。添加的GNSs能够降低钎焊时界面IMC生长速度；将SAC钎料和SAC+0.1%GNSs复合钎料焊点在100℃到175℃等温时效不同时间，统计出界面IMC平均厚度。通过经验扩散公式和阿伦尼乌斯公式计算得到添加GNSs前后IMC生长激活能分别为46.20KJ/mol和59.72KJ/mol。此外，对焊点界面观察发现，等温时效过程中Cu6Sn5逐渐由扇贝形转变为三角形。测量SAC及其复合钎料BGA焊点剪切载荷。测试结果表明添加GNSs能够提高焊点抗剪切断

6、裂能力，随GNSs添加量提高，复合钎料抗剪切断裂能力提高；对焊点断面观察后，可将焊点断裂分为3种典型断裂模式。通过GNSs的细晶强化和弥散强化作用，焊点断裂模式发生改变和剪切载荷得到提高；将SAC及其复合钎料在175℃等温时效7d后测试焊点剪切载荷。测试结果表明，等温时效后焊点抗剪切断裂能力下降。等温时效后，焊点剪切载荷下降原因可以归结为两个方面：等温时效使界面脆性IMC生长过厚；钎料基体中弥散分布的IMC颗粒粗化和钎料基体中微气孔聚集使钎料强度下降。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文关键词：GNSs；SAC；复合钎料；金属间化合物；等温时效；II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文A

7、bstractAsthedirectionofdevelopmentofelectronicdevicesisminiaturizationandhighdensity,theserviceconditionforsolderjointismoreandmorerigorous.Therefore,anewtypeofcompositesolderisdemandedtosatisfythehighreliabilityrequirementofmodernelectronicproduct