【正文】 that the addition of Pr、 Nd can refine and improve the microstructure of the solder. And the result that the thickness of the interfadce with the rare earth was thinner than that without the rare earth showed that the rare earth can depress the excessive interfacial reaction between solder/Cu substrate. When the Pr、 Nd content up to %, the black Snx(Pr、 Nd) phase appeared in the solder and solder joint. Moreover, the Snx(Pr、 Nd) phase can gather at the interface between solder and Cu. The phases of Cu6Sn5 and Ag3Sn within the (Pr、 Nd） solder alloy was studied. We found that the granular Cu6Sn5 phase assemble to grow and e to be chunk sample in the aging test. But the Ag3Sn phase almost didn’t grow, only separating out near the solder joint in the wallet form. That phase will break away from the IMC gradually in the aging test. the rare earth Pr、 Nd can restrain and refine the Cu6Sn5 phase, as well as eliminate the wallet Ag3Sn phase. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 iii Key Words: (Pr、 Nd), aging test, mechanical properties, IMC, internal pounds 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 iv 目 錄 摘 要 ........................................................................ i Abstract ..................................................................... ii 第一章 緒 論 ............................................................ 1 無(wú)鉛釬料研究現(xiàn)狀 ...................................................... 1 二元系無(wú)鉛釬料 ...................................................... 2 三元系無(wú)鉛釬料 ...................................................... 3 SnAgCux 釬料研究現(xiàn)狀 .................................................. 4 微量元素 x 對(duì) SnAgCu 釬料熔化特性的影響 ............................... 4 微量元素 x 對(duì) SnAgCu 釬料潤(rùn)濕性能的影響 ............................... 5 微量元素 x 對(duì) SnAgCu 釬料微觀組織與力學(xué)性能的影響 ..................... 7 SnAgCux 釬料 /Cu 界面反應(yīng) ............................................. 10 本論文研究的目的及內(nèi)容 ............................................... 13 第二章試驗(yàn)材料及方法 ..................................................... 14 釬料的制備 ........................................................... 14 焊點(diǎn)的制備及力學(xué)性能試驗(yàn) ............................................. 14 焊點(diǎn)力學(xué)性能的試驗(yàn)方法 ............................................. 14 釬料 /Cu 高溫時(shí)效試驗(yàn) .................................................. 17 金相試樣的制備及微觀組織形貌觀察 ..................................... 17 金相顯微鏡分析 ..................................................... 17 掃描電鏡分析 ....................................................... 18 第三章微焊點(diǎn)力學(xué)性能及界面組織分析 ....................................... 19 時(shí)效后微焊點(diǎn)力 學(xué)性能變化 ............................................. 19 時(shí)效過(guò)程中界面化合物的生長(zhǎng) ............................................ 21 稀土 Pr、 Nd 對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 ..................................... 23 稀土 Pr 對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 ...................................... 23 稀土 Nd 對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 ...................................... 25 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 v 第四章釬料 /Cu 焊點(diǎn)內(nèi)部化合物生長(zhǎng) .......................................... 27 時(shí)效過(guò)程中 Cu6Sn5化合物顆粒的生長(zhǎng) ..................................... 27 時(shí)效過(guò)程中 Ag3Sn 化合物的生長(zhǎng) .......................................... 27 稀土 Pr、 Nd 對(duì)化合物生長(zhǎng)的影響 ......................................... 28 第五章結(jié)論 ............................................................... 30 參考文獻(xiàn) ................................................................. 31 致 謝 ................................................................... 34 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 1 第一章 緒 論 信息技 術(shù)已經(jīng)深入到現(xiàn)代生活的各個(gè)方面，成為人們?nèi)粘９ぷ?、學(xué)習(xí)不可缺少的技術(shù)。而在電子行業(yè)中，鉛的使用尤其廣泛，其中的污染更是重中之重，遏制鉛污染，已經(jīng)迫在眉睫 [4]。 無(wú)鉛釬料研究現(xiàn)狀 首先材料工作者對(duì)二元無(wú)鉛釬料進(jìn)行了深入廣泛的研究，采用的方法都是用另外一種組元取代 SnPb共晶 合金 中的 Pb，研究的合金體系有 :AuSn、 BiSn、 SnAg、 SnIn、SnZn、 SnSb、 SnCu等。主流是研究助焊劑來(lái)改善釬料的潤(rùn)濕性，但效果不好。如果加入 Ni即可改善其流動(dòng)性和抑制Cu的溶解。而 SnAgCu系在含有 %Ag是熔點(diǎn)最低，為 221℃ 。微量元素的加入還對(duì) SnAgCu焊點(diǎn)的界面組織有顯著的影響，釬料在再流焊條件下與基板潤(rùn)濕、反應(yīng)生成界面化合物，形成具有一定強(qiáng)度的連接接頭，界面化合物的形貌以及厚度直接影響焊點(diǎn)的強(qiáng)度，目前已有的研究發(fā)現(xiàn)適量微量元素的加入能夠有效地抑制釬料內(nèi)部以及焊點(diǎn)界面化合物的過(guò)度生長(zhǎng)，有利于焊點(diǎn)可靠性的提高 [2022]。 對(duì)比四種合金的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相對(duì) P和 Ce元素的添加， Ni元素的添加對(duì) SnAgCu合金固液溫度影響較大，固液相溫度都有所增加，但變化沒(méi)有超過(guò) 1℃ 且合金的糊狀區(qū)間保持不變 [23]，如圖 。 除了通過(guò)加入微量非稀土元素來(lái)改善釬料的潤(rùn)濕性能，很多學(xué)者還研究了稀土元素對(duì)釬料潤(rùn)濕性能的影響，稀土元素為表面活性元素，可以在釬料表面富集，能夠顯著降低液態(tài)釬料的表面張力，改善釬料的潤(rùn)濕性能，但由于稀土的活性其加入量過(guò)多容易氧化，阻礙釬料在基板上的潤(rùn)濕，惡化釬料的潤(rùn)濕性能，所以稀土的加入量必須嚴(yán)格控制。C/min）的條件下制備的 貌，由于冷卻速度較慢，可以發(fā)現(xiàn) Ag3Sn相呈現(xiàn)明顯的板狀形貌。 (c) 。 Li[49]等人研究發(fā)現(xiàn) Sb的加入 ,降低了時(shí)效過(guò)程中界面化合物的生長(zhǎng)速度，同時(shí)由于產(chǎn)生固溶強(qiáng)化以及顆粒強(qiáng)化效應(yīng) ,可以提高焊點(diǎn)的極限抗拉強(qiáng)度，時(shí)效過(guò)程中極限抗拉強(qiáng)度的下降率明顯慢于未添加 Sb的釬料焊點(diǎn) ,Sb的最佳添加含量為 .%，但文獻(xiàn) [50]研究發(fā)現(xiàn) Sb的添加降低了其抵抗電遷移的性能，應(yīng)根據(jù)具體要求和使用環(huán)境綜合考慮 Sb的添加量。 Hao等 人 研究發(fā)現(xiàn)微量 Y的加入能夠抑制時(shí)效過(guò)程中 ,再流焊與時(shí)效條件下其相比未加 Y的 SnAgCu釬料組織更為細(xì)小、均 勻，再流焊條件下金屬間化合物生長(zhǎng)層見(jiàn)圖，作用機(jī)理與輕稀土類似。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 14 第二章試驗(yàn)材料及方法 釬料的制備 試驗(yàn)的原材料采用 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 的 Sn、 Ag、 Cu 及稀土 Pr、 Nd。它的主要工作原理是：測(cè)試時(shí)，鉤針（或推刀）與受試工件產(chǎn)生的力通過(guò)傳感器傳到 STR1000的主機(jī)內(nèi)，再通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)的軟件中，自動(dòng)繪制成曲線和輸出所需數(shù)據(jù)。 (c) 剪切夾具與基板的間隙應(yīng)在元器件的 1/4厚度以下。試驗(yàn)根據(jù)美國(guó)電子電路和電子互連行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) IPCSM785 《 Guidelines for Accelerated Reliability Testing of Surface Mount Solder Attachments》和美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn) MILSTD883 《 Test method military standard for microelectronics》的規(guī)定，將試樣在 150℃ 下存儲(chǔ) 0小時(shí)、 120小時(shí)、 240小時(shí)、 360小時(shí)和 480小時(shí)后，分別考察焊點(diǎn)力學(xué)性能的變化及界面組織的演化。 電子產(chǎn)品在服役過(guò)程中焊點(diǎn)處往往有電流通過(guò)，特別是在某些電流密度較高的場(chǎng)合，焊點(diǎn)處由電流產(chǎn)生的焦耳熱通常會(huì)導(dǎo)致 焊點(diǎn) 在較高溫度下工作，相當(dāng)于焊點(diǎn)在經(jīng)受高溫存儲(chǔ)作用。 可以看出來(lái)，對(duì)于未時(shí)效的焊點(diǎn) ，加入稀土元素 Pr后，可以提高焊點(diǎn)的剪切力，但隨著 Pr的含量增加后，焊點(diǎn)的剪切力下降，并低于普通SnAgCu釬料。過(guò)量的界面反應(yīng)會(huì)引起界面層的晶粒大小、形狀和分布特征偏離初生的組織形態(tài)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起連接可靠性的問(wèn)題。因?yàn)榻饘匍g化合物比較脆，容易產(chǎn)生龜裂，造成失效。一個(gè)好的合金結(jié)合應(yīng)有一個(gè)合理的界面層厚度。 在對(duì)圖 (c)可以發(fā)現(xiàn) ， 釬料組織中出現(xiàn)黑色 SnPr金屬間化合物，黑色稀土相的存在會(huì)惡化釬料的性能。 Cu6Sn5主要是依靠 Cu原子穿越金屬間化合物，擴(kuò)散至金屬間化合物 /釬料界面，與Sn反應(yīng)得到，故 Cu6Sn5的吉布斯自由能 ΔG主要是由 Cu6Sn5/釬料界面處 Sn元素的活性決定，因此降低 Sn元素的活性 是 抑制界面處 Cu6Sn5生長(zhǎng)的有效手段。 (a) 0 小時(shí) (b) 120 小時(shí) (c) 240 小 時(shí) (d) 360 小時(shí) (e) 480 小時(shí) 圖 SAC/Cu 焊點(diǎn)中 Cu6Sn5 化合物時(shí)效過(guò)程中生長(zhǎng)狀況 時(shí)效過(guò)程中 Ag3Sn 化合物的生長(zhǎng) 焊點(diǎn) 中的 Ag3