低溫對(duì)無鉛焊料組織和性能的影響.pdf

1、在這個(gè)豐富多彩、日新月異的世界里，電子產(chǎn)品已成為我們生活中的一部分，隨處可見人們使用電子產(chǎn)品、如MP3、手機(jī)、電腦、ipad等等。焊料作為電子封裝中必不可少的材料，其性能的研究受到各國研究者的青睞。Sn-Pb焊料以其低成本，低熔點(diǎn)，好鋪展性和易操作被廣泛應(yīng)用于電子封裝工業(yè)中，但是，含Pb產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和健康帶來不利影響越來越受到人們的重視，各國制定了關(guān)于禁止使用含鉛焊料的法令。
　　隨著高密度組裝的實(shí)現(xiàn)和使用環(huán)境的多樣化，電子儀器、設(shè)

2、備的使用溫度環(huán)境也變得越來越苛刻，因此對(duì)一些在極端低溫下服役的電子產(chǎn)品的可靠性要求也越來越高。于是，無鉛焊料在低溫條件下的可靠性研究已成為封裝技術(shù)工程中不可忽視的一個(gè)潛在的問題。
　　本文首先制備了鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料和焊絲、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭，以及在無鉛焊料Sn-Sb系列的基礎(chǔ)上添加Cu、Ni元素，制備鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料和焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭。

3、把SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭分別放入150℃、180℃的干燥箱中進(jìn)行高溫時(shí)效，時(shí)效時(shí)間分別為0天、1天、2天、3天、4天、5天、10天、15天、20天。采用掃描電鏡(SEM)觀察并測(cè)量金屬間化合物的厚度，分析金屬間化合物在高溫時(shí)效過程中的生長機(jī)理和過程。再將鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料和焊絲、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料和

4、焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭等放在4℃、-10℃、-20℃、-80℃的冰柜中進(jìn)行冷儲(chǔ)存，儲(chǔ)存時(shí)間為565天。采用萬能試驗(yàn)機(jī)和疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)經(jīng)冷儲(chǔ)存后的鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料、SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接頭、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料、SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭進(jìn)行拉伸、剪切、疲勞實(shí)驗(yàn)，通過金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)觀察分析了材料的金相組織、顯微組織和拉伸、剪切斷口

5、形貌，使用X射線衍射儀(XRD)分析了材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成，并對(duì)鑄態(tài)SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料、鑄態(tài)SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料的密度和SnAg3.0Cu0.5焊絲、SnSb4.5Cu1.5Ni焊絲的電導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明:
　　對(duì)于SnAg3.0Cu0.5無鉛焊料而言，其鑄態(tài)焊料的抗拉強(qiáng)度隨著儲(chǔ)存溫度的降低而降低，在-20℃時(shí)達(dá)到最小;延伸率經(jīng)低溫儲(chǔ)存后有提高的趨勢(shì)，并保持良好的塑性;SnAg3.0Cu0.

6、5/Cu焊接接頭的抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都隨著儲(chǔ)存溫度的降低而降低;經(jīng)不同溫度冷藏后的焊點(diǎn)拉伸斷裂面以及斷口斷裂形式并不完全一致，總體表現(xiàn)為隨著冷藏溫度的降低，斷口更平整，斷裂方式由塑形向脆性轉(zhuǎn)變;經(jīng)4℃以及-10℃冷藏后的焊點(diǎn)剪切斷裂面都在焊料上，表現(xiàn)為塑性斷裂，經(jīng)-20℃以及-80℃冷藏后的焊點(diǎn)剪切斷裂方式均為脆性斷裂;此外，焊絲的電導(dǎo)率隨著儲(chǔ)存溫度的降低呈波浪起伏變化;焊料密度在-80℃的冷藏溫度下達(dá)到最大;隨著時(shí)效時(shí)間的增加而Cu3

7、Sn(ε)相層不斷變厚，Cu6Sn5相層的厚度隨著時(shí)效時(shí)間的延長呈先升高，后降低，再升高的趨勢(shì);通過XRD分析，焊料主要由β-Sn、Ag3Sn兩相構(gòu)成，未能在合金中檢測(cè)出Ag、Cu單質(zhì)。
　　對(duì)于SnSb4.5Cu1.5Ni無鉛焊料而言，其鑄態(tài)焊料的抗拉強(qiáng)度隨著儲(chǔ)存溫度的降低而降低，在-20℃時(shí)最小;延伸率隨儲(chǔ)存溫度的降低逐漸提高，當(dāng)儲(chǔ)存溫度為-10℃時(shí)，延伸率最大，達(dá)到33.51％; SnSb4.5Cu1.5Ni/Cu焊接接頭的

8、抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都隨著儲(chǔ)存溫度的降低而直線下降;在焊接接頭拉伸實(shí)驗(yàn)中，隨著冷藏溫度的降低，斷裂面位置分別在焊料以及中間化合物、焊料/Cu6Sn5、焊料/Cu6Sn5、金屬間化合物Cu3Sn，斷裂方式由韌性斷裂向脆性斷裂過渡;隨著冷儲(chǔ)存溫度的降低，焊點(diǎn)剪切斷裂方式由塑形向脆性轉(zhuǎn)變;同時(shí)，焊絲電導(dǎo)率隨著儲(chǔ)存溫度的降低呈現(xiàn)直線上升現(xiàn)象;焊絲密度隨著儲(chǔ)存溫度的升高而降低，在4℃時(shí)最小;經(jīng)XRD分析，焊料主要由β-Sn和化合物SnSb、單質(zhì)Sb