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In-3Ag低温焊料与Cu、Ni基板间界面反应及可靠性研究

作　者: 李永君
导　师: 马运柱
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: In-3Ag焊料 显微组织 金属间化合物 生长动力学 剪切强度 多次回流 等温时效
分类号: TG425
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


摘要：In-3Ag低温共晶焊料具有熔点低、抗疲劳性强和塑性好等优点,被广泛用于热敏感低温元器件封装中。焊点与基板界面处组织结构的研究对提高焊点可靠性起着决定性作用,是新型无铅焊料体系开发应用的必须步骤。本文系统研究了In-3Ag/Cu、Ni焊点界面组织及力学性能在钎焊、多次回流和等温时效过程中的演变规律,探讨了其作用机理。采用差示扫描量热仪测试焊料的熔化特性,采用扫描电镜(SEM)观察焊点显微组织及剪切断口形貌,采用X射线能谱仪(EDS)分析焊点基体及界面金属间化合物层成分,采用力学试验机测试焊点剪切强度。研究结果表明：(1) In-3Ag/Cu体系在160℃下焊接时,随着保温时间的延长界面结构始终为(Ag,Cu)In2相；在170℃、180℃和190℃下焊接时,随着保温时间的延长,界面结构变化规律为：(Ag,Cu)In2层→(Ag,Cu)In2+(Cu,Ag)11In9混合层→(Cu,Ag)11In9层；170℃、180℃和190℃下界面(Cu,Ag)11In9金属间化合物层的生长指数分别为0.56、0.50和0.42,生长速度分别为0.51μm/s1/2、0.56μm/s1/2和0.58μm/s1/2,为组元扩散控制,激活能为23.69kJ/mol。(2) In-3Ag/Ni体系在250℃、275℃和300℃下焊接时,随着保温时间的延长,界面结构始终为In27Ni10相,其生长指数分别为0.53、0.55和0.46,生长速度分别为0.19μm/s1/2、0.33μm/s1/2和0.45μm/s1/2,为组元扩散控制,激活能为85.52kJ/mol。(3)随着回流次数和等温时效时间增加,In-3Ag/Cu焊点界面金属间化合物(Ag,Cu)In2层厚度均呈增加趋势,生长分别由界面反应和组元扩散控制；焊点剪切强度呈下降趋势,回流1次、2次和3次以及时效250h、500h和750h后焊点剪切断裂方式均为焊料内部韧性断裂,回流5次和时效1000h后,断裂机制转变为韧脆混合断裂。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 文献综述  9-30
  1.1 引言  9
  1.2 焊料无铅化的研究背景  9-11
    1.2.1 钎焊概述  10
    1.2.2 钎焊原理及工艺  10
    1.2.3 钎料的基本要求  10-11
    1.2.4 传统锡铅焊料  11
    1.2.5 无铅焊料的必要性  11
  1.3 无铅焊料的发展进程  11-13
    1.3.1 无铅焊料的性能要求  11-12
    1.3.2 无铅焊料体系分类  12-13
  1.4 低温无铅焊料  13-15
    1.4.1 Sn-Bi系  13-14
    1.4.2 Sn-In系  14
    1.4.3 In-Ag系  14-15
  1.5 无铅焊料的研究热点  15-28
    1.5.1 无铅焊料微合金化  16-18
    1.5.2 纳米颗粒强化复合无铅焊料  18-22
    1.5.3 焊料合金与基板间界面反应  22-26
    1.5.4 无铅焊料可靠性工程  26-28
  1.6 本课题研究的目的、内容与意义  28-30
2 实验方案  30-34
  2.1 引言  30
  2.2 实验原料  30
  2.3 实验流程  30-31
  2.4 实验过程与设备  31-32
    2.4.1 焊料的制备  31-32
    2.4.2 焊接实验  32
    2.4.3 时效实验  32
  2.5 实验检测方法  32-34
    2.5.1 焊料熔化特性测试  32-33
    2.5.2 焊点微观组织分析  33
    2.5.3 焊点剪切强度测试  33-34
3 In-3Ag/Cu焊点钎焊过程中界面反应研究  34-49
  3.1 引言  34
  3.2 In-3Ag焊料合金组织及熔化特性  34-36
  3.3 钎焊过程中In-3Ag/Cu界面组织  36-41
  3.4 钎焊过程中In-3Ag/Cu界面形成机理  41-43
  3.5 钎焊过程中In-3Ag/Cu界面生长动力学  43-48
  3.6 本章小结  48-49
4 In-3Ag/Ni焊点钎焊过程中界面反应研究  49-61
  4.1 引言  49
  4.2 In-3Ag/Ni焊接工艺设计  49-50
  4.3 In-3Ag/Ni焊点形貌分析  50-51
  4.4 钎焊过程中In-3Ag/Ni界面组织  51-53
  4.5 钎焊过程中In-3Ag/Ni界面生长动力学  53-59
  4.6 本章小结  59-61
5 In-3Ag/Cu焊点可靠性研究  61-72
  5.1 引言  61
  5.2 回流次数对In-3Ag/Cu焊点微观组织和剪切性能的影响  61-66
    5.2.1 回流次数对焊点微观组织的影响  62-64
    5.2.2 回流次数对焊点剪切性能的影响  64-66
  5.3 等温时效对In-3Ag/Cu焊点微观组织和剪切性能的影响  66-71
    5.3.1 等温时效对焊点微观组织的影响  66-69
    5.3.2 等温时效对焊点剪切性能的影响  69-71
  5.4 本章小结  71-72
6 结论  72-73
参考文献  73-81
攻读学位期间主要的研究成果  81-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接材料 > 钎焊材料
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