Sn-58Bi复合钎料的制备及性能研究

作     者：陆凤姣 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何鹏

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：Sn-58Bi钎料 微观组织 金属间化合物 BGA剪切载荷 

摘      要：随着人类环保意识的增加、相关法律的出台以及在市场需求的推动作用下,电子封装的无铅化成为目前研究的热点。Sn-Bi钎料作为最有可能代替Sn-Pb的四种无铅钎料之一,熔点低、润湿性好,但是由于其脆性大因此限制了其在无铅钎料行业中的应用。本文研究讨论了硼酸铝晶须、La2O3、Cu元素对Sn-58Bi无铅钎料的熔点、组织的影响,探讨了多次重熔和时效过程中复合钎料的组织演变、界面IMC厚度生长规律,并对多次重熔过程中IMCs晶粒形貌变化进行了分析,然后通过纳米压痕技术测试复合钎料的硬度变化,最后通过BGA焊点剪切测试评价复合钎料BGA焊点的可靠性。 研究结果表明:少量增强体的加入对钎料的熔点影响很小。硼酸铝晶须的添加可以细化钎料组织,抑制粗大富Sn相的生成;多次重熔过程中,硼酸铝晶须增强Sn-58Bi复合钎料中生成空心多边形、空心长条形和六边形空心棱柱的Cu6Sn5金属间化合物,分布在晶界抑制晶界迁移晶粒长大;此外,硼酸铝晶须的加入还可以抑制时效过程中组织粗化。La2O3能够抑制大块富Bi相的偏析生成,使组织均匀,且能抑制多次重熔后界面IMC晶粒粒径的粗化,添加0.1% La2O3的抑制效果优于硼酸铝晶须。微米Cu和纳米Cu的加入均可以使钎料获得均匀细小的精炼结构,同时抑制钎料合金随时效进行的粗化,且纳米Cu细化效果更优;1%的纳米Cu和微米Cu也可以在一定程度上抑制IMC晶粒粗化。 三种复合钎料中,硼酸铝晶须对Sn-58Bi性能影响最大。纳米压痕测试结果证明适量的硼酸铝晶须可以提高钎料的硬度,而BGA焊点剪切测试结果表明:与Sn-58Bi/Cu焊点相比,添加1.2%的硼酸铝晶须后的复合钎料BGA焊点能够承受更大的剪切力,且在多次重熔过程中承受的剪切力比较稳定;同时,硼酸铝晶须的加入还可以提升高温时效后焊点的剪切强度。对断面显微组织进行观察表明,硼酸铝晶须可以负荷传递、裂纹桥联、裂纹偏转、界面解离以及拔出效应提高焊点的可靠性。