Ni对Sn0.3Ag0.7Cu无铅钎料性能影响及其纳米级力学行为的研究

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文Ni对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料性能影响及其纳米级力学行为的研究姓名：颜廷亮申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：孙凤莲20080301哈尔滨理T大学1=学硕七学位论文Ni对Sn．0．3Ag。0．7Cu无铅钎料性能影响及其纳米级力学行为的研究摘要由于铅及其化合物对人体和环境的危害和立法的需要，钎料无铅化已成为电子封装连接材料发展的必然。新型的无铅钎料已在工业生产中得到了应用，但在性能上仍存在着不足。本文通过向低银Sn．0．3Ag．0．7Cu无铅钎料添加微量的Ni元素，研究Ni对Sn．0．3Ag．0．7Cu无铅钎料物理

2、性能、力学性能和时效前后界面化合物的影响，并分析了Sn．0．3Ag．0．7Cu无铅体钎料、BGA锡球和BGA焊点的纳米级力学行为。研究结果表明，添加Ni元素后，Sn．0．3Ag．0．7Cu钎料合金的熔化温度略有升高，但升高幅度不大。熔程缩短，有利于在钎焊过程中形成可靠的连接焊点。加入微量的Ni元素可以改善钎料合金的润湿性，当添加0．05％Ni时润湿时间最短；当添加0．1％Ni时，润湿力最大，润湿效果最好。加入Ni元素后初生相伊Sn明显细化，有利于改善钎料的力学性能。随着Ni含量的增加钎料合金的抗拉强度略有降低，而延伸率呈抛物线趋势变化，当Ni含量为0．05％时

3、延伸率最大。Ni元素对钎料合金的显微硬度影响不大。Ni对IMC厚度的影响呈抛物线趋势，当添加0．05％Ni时IMC厚度最小。对Sn．0．3Ag．0．7Cu无铅体钎料、BGA锡球和BGA焊点进行了纳米压痕试验。基于Oliver．Pharr法确定Sn．0．3Ag．0．7Cu合金在三种状态下的弹性模量，从压痕深度．载荷关系曲线提取出压痕时间．深度关系曲线，并通过运算拟合得到三种状态合金的蠕变速率敏感指数等参数。结果表明，体钎料的弹性模量和蠕变速率敏感指数大约是BGA锡球和BGA焊点的2．5倍。从压痕硬度曲线得到三种状态合金的维氏硬度，并与显微硬度计得到的数据进行比较

4、。当加载速率为20mN／s时，纳米压痕得到体钎料的维氏硬度值与显微硬度计得到的数值完全一致。关键词低银钎料；熔化特性：润湿性；界面；纳米压痕哈尔滨理工大学]二学硕士学位论文TheStudyoftheEffectofNionSn一0．3Ag一0．7CuLead．FreeSolderandtheNano．MechanicalPropertiesofSolderAbstractBecauseoftheleadandleadcontainedcompounds’toxicitytohumanbodyandtheenvironmentandtherestrictiono

5、flegislation，Itisinevitablethatlead—freesolderhasbecomethetendencyoftheelectronicpackagingmaterials．New1ead．freesoldershavebeenusedinindustry．TheeffectsofNionphysicalproperties，mechanicalpropertiesandmicrostructuresofSn-0．3Ag-0．7Cualloyandthatofsolder／CUsubstratewerestudied．Mechanic

6、albehaviorofSn-0．3Ag．0．7CUbulksolder,BGAsolderballandBGAsolderiointwerealSOanalyzedinthepaper．TheresultshowsthatthemeltingpointraisesalittleasNiiSaddedintothesolders．Shortermeltingzoneindicatedthatreliablesolderediointscanbeformed．ThewettingpropertyofsolderalloywasimprovedwhenNiiSad

7、dedintothesolder．WhenSn．0．3Ag．0．7Cusoldercontains0．05wt％Ni．thewettingtimeiSshortest．Andwhenthesoldercontains0．1％Ni．thevalueofwettingforceiSlargest．AfteraddingNiintothesolderthe∥·Snphaseisrefined，whichisbenefittotheimprovementofsoldersmechanicalproperty．Tensilestrengthofsolderisdesce

8、ndedasNiiSaddedinto