纳米Ag_3Sn、Cu_6Sn_5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究.pdf

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1、纳米Ag3Sn、Cu6Sn5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究汪源2015年1月中图分类号：TG425+.1UDC分类号：620纳米Ag3Sn、Cu6Sn5颗粒对Sn基无铅焊料性能影响研究作者姓名汪源学院名称材料学院指导教师赵修臣副教授答辩委员会主席刘颖教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月20日EffectofAg3Sn,Cu6Sn5nanoparticleonpropertiesofSn-basedlead-freesolderCandidateName：YuanWANGSchoolor

2、Department:MaterialsFacultyMentor:Ass.Prof.XiuchenZHAOChair,ThesisCommittee：Prof.YingLiuDegreeApplied:MasterofEgineeringMajor：MaterialsScienceandEgineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除

3、特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着电子产业绿色制造的发展和电子组装技术的进步，各国开始大力发展无铅焊料，共晶Sn-Ag-Cu系无铅焊料被认为是Sn-Pb焊料最有前途的替代品。但是其中贵金属Ag的成本占到了总成本的一半以上；与此同时，共晶Sn-Ag-Cu系焊料在凝固过程中会生成粗大脆化的Ag3Sn

4、、Cu6Sn5金属间化合物，而且焊点界面处的脆化Cu-Sn金属间化合物易发生过度生长，这些现象都会引起焊点抗跌落性能不佳、热疲劳性能差等一系列器件焊点劣化问题，如何改善无铅焊料各项性能、提高焊点可靠性已经成为电子封装技术研究领域的热点问题之一。因此，本研究通过人为添加纳米颗粒的方法改善无铅焊料微观组织，以提高焊料的各项性能及焊点可靠性。本研究中，采用合金熔炼方法向Sn-0.7Cu和Sn-0.5Ag无铅焊料合金中分别添加不同含量的纳米Ag3Sn和Cu6Sn5金属间化合物颗粒，以制备纳米颗粒复合焊料，重点研究了纳米Ag3Sn、Cu6Sn5颗粒的添

5、加量对焊料的微观组织、熔化性能、润湿性能、焊点界面形成情况、焊点剪切强度以及热老化条件下器件焊点性能的影响，并将其中某些性能与相同成分的微合金化焊料进行对比。同时还对纳米Ag3Sn颗粒添加量对SAC0307焊锡膏熔化性能、润湿性能及焊点剪切强度的影响进行了分析和研究。本研究表明，当向焊料合金中适量添加纳米Ag3Sn颗粒时，能够对合金内部微观组织起到细化作用，且随纳米Ag3Sn颗粒含量增加，细化效果逐渐变强；随纳米Ag3Sn颗粒添加量的增加，复合焊料合金熔点略有降低，能够与现有无铅焊料焊接工艺实现良好兼容；同时使润湿性能得到提高，其中Sn-0.

6、7Cu-2.0(Ag)Ag3Sn复合焊料的润湿性能最佳。纳米Ag3Sn颗粒的适量添加使贴装器件焊点界面金属间化合物形貌变得平坦，平均厚度减小，同时提高了焊点的剪切强度，Sn-0.7Cu-2.0(Ag)Ag3Sn复合焊料界面金属间化合物的平均厚度最小，焊点剪切强度较大。将其与相同成分的微合金化焊料对比可知，纳米Ag3Sn复合焊料界面金属间化合物形貌良好，厚度适宜，焊点剪切强度更大。在热老化条件下，纳米Ag3Sn颗粒的加入使焊点界面金属间化合物的生长速率降低，从而减弱了由脆化相过度生长引起的焊点力学性能劣化作用，使焊点在经历热老化后仍具有较大的剪

7、切强度。当向焊料合金中适量添加纳米Cu6Sn5颗粒时，同样能对合金内部微观组织起到细I北京理工大学硕士学位论文化作用；随纳米Cu6Sn5颗粒添加量的增加，复合焊料合金熔点略有降低，能够与现有无铅焊料焊接工艺良好兼容，同时润湿性能得到提高，Sn-0.5Ag-0.7(Cu)Cu6Sn5复合焊料熔点最低，润湿性最好；纳米Cu6Sn5颗粒的适量添加能够抑制焊点界面金属间化合物过度生长，并提高了焊点的剪切强度，Sn-0.5Ag-0.3(Cu)Cu6Sn5复合焊料界面平均厚度最小，剪切强度最大。在热老化条件下，纳米Cu6Sn5颗粒的适量加入能够使焊点在经

8、历热老化后仍具有较大的剪切强度。对添加不同含量纳米Ag3Sn颗粒的SAC0307无铅焊锡膏各项性能研究表明，随纳米Ag3Sn颗粒添加量的增加，复合焊锡膏熔点变化不大