【正文】 集，形成一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅可以阻礙晶界滑移還可以阻礙內(nèi)部原子的擴(kuò)散，增加了焊點(diǎn)蠕變變形的抗力，室溫下可以提高焊點(diǎn)的蠕變斷裂壽命7倍以上。文獻(xiàn)[29,53]研究發(fā)現(xiàn)加入稀土元素Er能夠細(xì)化釬料組織、抑制金屬間化合物的生長(zhǎng)，明顯提高Sn , wt%。稀土La對(duì)焊點(diǎn)性能的提高也有一定的貢獻(xiàn)，文獻(xiàn)[42]研究表明，再流焊條件下，釬料中加入微量La可使釬料/Cu界面化合物厚度與下降60%左右，剪切強(qiáng)度略有下降，但破壞應(yīng)變大幅度提高，非常有利于焊點(diǎn)抗跌落性能的增強(qiáng)。Liang[39]，研究發(fā)現(xiàn)高溫時(shí)效過(guò)程中Ce聚集于Sn與金屬間化合物界面，阻礙了金屬間化合物的過(guò)度生長(zhǎng)，增加焊點(diǎn)的熱穩(wěn)定性，提高焊點(diǎn)的抗跌落能力，熱循環(huán)前，%Ce焊點(diǎn)跌落可靠性最高；%Ce抗跌落可靠性能最優(yōu)。Wang[51]等人研究發(fā)現(xiàn)微量Zn對(duì)焊點(diǎn)界面的影響，時(shí)效過(guò)程中，Zn的加入明顯增加了界面化合物生長(zhǎng)激活能，175℃。文獻(xiàn)[47, 48]，微量Bi的加入對(duì)再流焊條件下的界面化合物層厚度影響不大，但有效減少高溫時(shí)效過(guò)程中界面化合物的厚度，原因是由于Bi的加入，增加了焊點(diǎn)界面處界面化合物生長(zhǎng)激活能，降低了原子擴(kuò)散速度，從而阻礙了界面化合物的生長(zhǎng)，%時(shí)，界面化合物生長(zhǎng)激活能最高，對(duì)抑制界面化合物過(guò)度生長(zhǎng)效果最為顯著。因此，釬焊過(guò)程中一定要控制界面的過(guò)度生長(zhǎng)，通過(guò)微量元素合金化來(lái)控制界面化合物的形成以及長(zhǎng)大是提高焊點(diǎn)界面連接強(qiáng)度的重要手段，文獻(xiàn)[44]研究發(fā)現(xiàn)Co和Ni的加入有效地抑制了界面處Cu3Sn的生長(zhǎng)，微量Ni還能夠有效地防止Cu3Sn/Cu界面Kirkendall空洞的形成，有效提高界面的可靠性，Kariya[45]，提高釬料的應(yīng)變硬化指數(shù)，從而增強(qiáng)焊點(diǎn)的可靠性。 (f) 焊料微觀組織Zhao[42]等人對(duì)添加微量Bi的SnAgCu釬料力學(xué)性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明一定含量（3%以下）Bi的添加由于產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果，并有利于釬料在高溫時(shí)效過(guò)程中力學(xué)性能的保持，其主要原因是由于Bi的添加降低了高溫時(shí)效過(guò)程金屬間化合物的生長(zhǎng)速度，Rizvi等人[43]對(duì)此進(jìn)行了定量分析研究表明時(shí)效過(guò)程中金屬間化合物的生長(zhǎng)遵循擴(kuò)散機(jī)制，1 wt% Bi的加入有效降低了金屬間化合物的生長(zhǎng)速率，10?17m2/ 10 ?17 m2/s。 (d) 。 (b) 。文獻(xiàn)[41]研究了添加不同含量Ce對(duì)釬料組織大小的影響，研究發(fā)現(xiàn)添加適量稀土能夠明顯細(xì)化釬料組織，當(dāng)Ce（%）組織最細(xì)小釬料的力學(xué)性能也最優(yōu)，稀土Ce的加入量過(guò)多，大塊狀的SnCe金屬間化合物，惡化釬料的性能。Li[37]等人研究發(fā)現(xiàn)加入微量稀土元素的SnAgCuRE系合金的微觀組織大致相組成與原始SnAgCu組織類似，但發(fā)現(xiàn)稀土元素的含量對(duì)共晶相的形貌存在一定的影響，%時(shí)，棒狀共晶相占主導(dǎo)，%%時(shí)層狀共晶相占主導(dǎo)，釬料共晶組織的形貌對(duì)釬料的蠕變性能有直接的影響，棒狀共晶相能夠阻礙裂紋的擴(kuò)展，進(jìn)而提高釬料的蠕變斷裂壽命，同時(shí)稀土具有一定的“親錫”作用，在釬料合金的凝固過(guò)程中，易于在金屬間化合物與Sn基體的界面處聚集，降低金屬間化合物粒子的表面張力，細(xì)化組織，凝固過(guò)程中細(xì)顆粒的金屬間化合物彌散分布阻礙了初晶βSn的長(zhǎng)大，最終使得釬料組織得到了有效的細(xì)化晶粒。(a) Ag3Sn相 (b) Cu6Sn5相 釬料顯微組織粗大的金屬間化合物不僅使釬料的強(qiáng)度降低同時(shí)對(duì)疲勞和沖擊性能也有一定的不良影響，因此，如何得到晶粒細(xì)小、成分均勻的釬料組織至關(guān)重要，目前研究多依靠加入微量元素合金化來(lái)實(shí)現(xiàn)組織的細(xì)化。[33]等人在緩冷（1176。 釬料潤(rùn)濕性能的影響 微量元素x對(duì)SnAgCu釬料微觀組織與力學(xué)性能的影響釬料的微觀組織與力學(xué)性能緊密聯(lián)系，微觀組織的形貌往往直接決定力學(xué)性能的優(yōu)劣。文獻(xiàn)[30]研究發(fā)現(xiàn)重稀土Y的加入也有相似的效果，.%左右。單一稀土的研究主要集中在Ce、Er、Y、La等，文獻(xiàn)[27, 28]研究表明微量輕稀土Ce由于其表面活化作用，降低了液態(tài)釬料的表面張力，當(dāng)加入量為0. 03%，釬料的各方面綜合性能最優(yōu)。微量Ni元素有助于改善釬料的潤(rùn)濕性能，但影響較小，文獻(xiàn)[26]，%時(shí)潤(rùn)濕力最高，%時(shí)潤(rùn)濕力下降，少量Ni的加入不足以形成SnCuNi化合物，同時(shí)可以降低釬料的表面張力，促進(jìn)潤(rùn)濕，過(guò)量Ni的加入會(huì)在界面形成SnCuNi化合物，阻礙釬料的潤(rùn)濕，%%。綜合一下目前的研究成果，影響釬料的潤(rùn)濕性能的非稀土元素主要有In、Ni、Bi、Mg等，Yu[24]等人研究了微量In對(duì)釬料潤(rùn)濕性的影響，發(fā)現(xiàn)微量In的加入能夠顯著的改善SnAgCu 釬料在再流焊條件下的潤(rùn)濕性能，具體作用機(jī)理一方面是由于In的加入能夠降低釬料的固液相線溫度，另一方面In自身固有的優(yōu)異的潤(rùn)濕性能也是導(dǎo)致這種現(xiàn)象的產(chǎn)生的原因之一。 微量元素x對(duì)SnAgCu釬料潤(rùn)濕性能的影響釬料對(duì)母材具有良好的潤(rùn)濕性能是獲得良好釬焊接頭的必要條件，可以通過(guò)潤(rùn)濕角、潤(rùn)濕力、潤(rùn)濕時(shí)間以及潤(rùn)濕面積等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)釬料的潤(rùn)濕性能。 SAC305系合金的DSC曲線這完全能夠滿足目前無(wú)鉛再流焊機(jī)和無(wú)鉛波峰焊機(jī)的施焊要求，在峰值溫度低于250℃情況下對(duì)較高溫度的無(wú)鉛釬料進(jìn)行施焊。從工藝性能角度考慮，一般希望釬料合金的糊狀區(qū)越小越好，理想狀態(tài)是具有確定熔點(diǎn)的共晶溫度，因?yàn)榇藭r(shí)釬料合金的表面張力小，流動(dòng)性最好，這也是共晶SnPb釬料合金被廣泛應(yīng)用的主要原因之一；而在糊狀區(qū)的任一溫度下，固液相并存，釬料呈現(xiàn)半固體狀態(tài)，流動(dòng)性變差。1℃。將加熱曲線的起始溫度作為固相線溫度，吸熱曲線的峰值為液相線溫度。 微量元素x對(duì)SnAgCu釬料熔化特性的影響熔化溫度是釬料合金最基本的性質(zhì)，是決定實(shí)際釬焊溫度的基本參數(shù)，同時(shí)也可通過(guò)它判斷釬料的流動(dòng)性和結(jié)晶溫度等?，F(xiàn)有的研究主要通過(guò)加入非稀土微量元素（Mg, Fe, Ni, Co, Mn, Ti, Cr, Zn, Ge, Bi, Sb, Mg等），稀土微量元素( Ce, La, Y, Er, Nd,Pr等)來(lái)改善SnAgCu釬料的一些性能，研究發(fā)現(xiàn)SnAgCu合金中加入適量的微量元素在對(duì)釬料體系熔點(diǎn)影響微小的情況下可以改善釬料的潤(rùn)濕性能、力學(xué)性能等，抗蠕變能力也有明顯的提高。雖然SnAgCu合金的各方面性能都比較優(yōu)異，仍存在一定的問(wèn)題，如相對(duì)傳統(tǒng)的SnPb熔點(diǎn)仍然較高、潤(rùn)濕性也仍需改善[19]，而且由于相對(duì)傳統(tǒng)工藝曲線而言，釬焊溫度有很大的提高，釬焊過(guò)程中如何控制焊點(diǎn)界面金屬間化合物的過(guò)度生長(zhǎng)以提高釬焊接頭的力學(xué)性能是非常必要的。擁有較好的綜合機(jī)械性能和可靠的焊點(diǎn)。%時(shí)，熔點(diǎn)降為217℃，此時(shí)熔點(diǎn)最低。(3)SnAgCu系SnAgCu系組織中白色基體為βSn，黑色粒子為Ag3Sn和Cu5Sn6。(1)SnAgZn系SnAgZn系中Zn不在Sn中固溶，它幾乎全部分布在Ag3Sn中，可以抑制Sn固溶體枝晶組織的形成，并使Ag3Sn相彌散分布在Sn固溶體基體中進(jìn)而使合金組織得到細(xì)化，從而達(dá)到在不斷提高熔點(diǎn)的情況下，提高SnAg合金強(qiáng)度和蠕變特性，但Zn極易氧化，使合金的潤(rùn)濕性能急劇降低。%時(shí)，會(huì)形成粗大的Ag3Sn降低焊點(diǎn)的可靠性；界面會(huì)形成Cu3Sn5和Cu6Sn5，在靠近釬料的一側(cè)形成許多突起，產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋源，降低SnAg系釬料的機(jī)械性能[13]。(5)SnAg系，共晶溫度為221℃。Cu在焊接過(guò)程中向釬料鍋擴(kuò)散，導(dǎo)致焊點(diǎn)機(jī)械性能降低，生產(chǎn)成本升高。(4)SnCu系，其共晶溫度為227℃，它的特點(diǎn)有易生產(chǎn)、易回收、雜質(zhì)敏感度低、綜合性能優(yōu)良，得到了廣泛的應(yīng)用。SnBi系與SnPb鍍層結(jié)合效果不好，而且Bi元素資源不足[12]。(2)SnBi系該系共晶成分為Sn57Bi，共晶溫度為139℃，能夠在170～180℃焊接，對(duì)元器件適應(yīng)性強(qiáng)，而且其界面處耐疲勞性、高溫抗蠕變性、結(jié)合強(qiáng)度較好。添加稀土元素可細(xì)化釬料組織同時(shí)也能提高釬料的潤(rùn)濕性；SnZn系抗氧化性差，需要氮?dú)獗Ｗo(hù)[10. 11]。釬料體系優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)改進(jìn)方法SnCu成本低力學(xué)性能差，熔點(diǎn)高加入Ni、Ag、SbSnAg力學(xué)性能、抗氧化性能優(yōu)越，可靠性良好熔點(diǎn)較高，潤(rùn)濕性較差，并有Cu融解和擴(kuò)散、成本制約加入Zn、In及適量的BiSnZn機(jī)械性能優(yōu)良，成本低耐氧化腐蝕性差，焊膏保存時(shí)間短調(diào)整助焊劑成分和采用氮?dú)獗Ｗo(hù)SnAgCu (Sb)三元共晶熔點(diǎn)217℃，低于SnAg，可靠性和可焊性良好，抗疲勞，減緩Cu基板的溶解——%Sb可進(jìn)一步提高高溫可靠性SnAgBi(Cu)(Ce)熔點(diǎn)較低，200～210℃，可靠性良好含Bi帶來(lái)潤(rùn)濕角上升的問(wèn)題控制好Bi的含量，加入Cu或Ce可提高強(qiáng)度SnZnBi熔點(diǎn)最接近SnPb共晶易氧化腐蝕目前不推薦使用 二元系無(wú)鉛釬料(1)SnZn系SnZn系共晶釬料可以滿足對(duì)材料熔點(diǎn)的要求。但是，絕大多數(shù)無(wú)鉛釬料需要更高的釬焊溫度，這些釬料合金不能直接用于現(xiàn)行的生產(chǎn)過(guò)程中。 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。而由于中國(guó)起步較晚，對(duì)含鉛釬料只是限制使用量，并無(wú)禁止，導(dǎo)致發(fā)生多起因玩具中含鉛超標(biāo)致國(guó)外兒童中毒事件[5]。98年歐盟規(guī)定從2004年就正式開(kāi)始禁止使用含鉛電子釬料。目前無(wú)鉛產(chǎn)品成幾何級(jí)數(shù)量增長(zhǎng)，而美國(guó)和日本無(wú)鉛專利已經(jīng)占據(jù)世界無(wú)鉛專利的四分之一，可以說(shuō)西方國(guó)家已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在我國(guó)前面。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]。它們可以從空氣、水、食物等途徑進(jìn)入人體，并在人體中積累，難以排出體外。鉛是一種有毒元素，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，研制無(wú)鉛釬料已經(jīng)成為釬料行業(yè)的大勢(shì)所趨[3]。微電子技術(shù)是指在半導(dǎo)體材料芯片上采用微米級(jí)加工工藝制造微型化電子元器件和微型化電路的技術(shù)，其中元器件間的連接叫微連接技術(shù)。焊點(diǎn)內(nèi)部化合物生長(zhǎng)行為研究畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 iAbstract 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 21 、Nd對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 22 稀土Pr對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 22 稀土Nd對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響 25 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 27 、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 ii 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙第一章 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)。而信息技術(shù)又以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展。在初期，經(jīng)常使用錫鉛釬料用于電子元器件的封裝和印刷電路板級(jí)組裝[1, 2]。鉛是一種重金屬，鉛及其化合物都是劇毒物質(zhì)。而且每100毫升的血液中如果含鉛超過(guò)50毫克，就會(huì)引發(fā)頭痛、惡心、視力障礙等癥狀，嚴(yán)重的情況下，會(huì)使人智力減退，甚至死亡。目前各國(guó)已經(jīng)展開(kāi)積極行動(dòng)，減少鉛對(duì)環(huán)境和人體的傷害。80年代初，美國(guó)就立法禁止含鉛管道在