SnAgCu-x（x=Pr、Nd）Cu焊点内部化合物生长行为研究论文.doc

SnAgCu-x（x=Pr、Nd）/Cu焊点内部化合物生长行为研究 目 录 摘 要 i Abstract ii 第一章 绪 论 - 1 - 1.1 无铅钎料研究现状 - 1 - 1.1.1 二元系无铅钎料 - 2 - 1.1.2 三元系无铅钎料 - 3 - 1.2 SnAgCu-x钎料研究现状 - 4 - 1.2.1 微量元素x对SnAgCu钎料熔化特性的影响 - 4 - 1.2.2 微量元素x对SnAgCu钎料润湿性能的影响 - 5 - 1.2.3 微量元素x对SnAgCu钎料微观组织与力学性能的影响 - 7 - 1.3 SnAgCu-x钎料/Cu界面反应 - 10 - 1.4 本论文研究的目的及内容 - 13 - 第二章试验材料及方法 - 14 - 2.1 钎料的制备 - 14 - 2.2 焊点的制备及力学性能试验 - 14 - 2.2.1 焊点力学性能的试验方法 - 14 - 2.3 钎料/Cu高温时效试验 - 17 - 2.4 金相试样的制备及微观组织形貌观察 - 17 - 2.4.1 金相显微镜分析 - 17 - 2.4.2 扫描电镜分析 - 18 - 第三章微焊点力学性能及界面组织分析 - 19 - 3.1 时效后微焊点力学性能变化 - 19 - 3.2时效过程中界面化合物的生长 - 21 - 3.3稀土Pr、Nd对界面化合物生长的影响 - 22 - 3.3.1 稀土Pr对界面化合物生长的影响 - 22 - 3.3.2 稀土Nd对界面化合物生长的影响 - 25 - 第四章钎料/Cu焊点内部化合物生长 - 27 - 4.1 时效过程中Cu6Sn5化合物颗粒的生长 - 27 - 4.2时效过程中Ag3Sn化合物的生长 - 27 - 4.3稀土Pr、Nd对化合物生长的影响 - 28 - 第五章结论 - 30 - 参考文献 - 31 - 致 谢 - 34 -  第一章 绪 论 信息技术已经深入到现代生活的各个方面，成为人们日常工作、学习不可缺少的技术。而信息技术又以微电子技术为基础，推动国民经济的迅猛发展。微电子技术是指在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微型化电子元器件和微型化电路的技术，其中元器件间的连接叫微连接技术。在初期，经常使用锡铅钎料用于电子元器件的封装和印刷电路板级组装[1, 2]。铅是一种有毒元素，随着人们环保意识的增强，研制无铅钎料已经成为钎料行业的大势所趋[3]。 铅是一种重金属，铅及其化合物都是剧毒物质。它们可以从空气、水、食物等途径进入人体，并在人体中积累，难以排出体外。而且每100毫升的血液中如果含铅超过50毫克，就会引发头痛、恶心、视力障碍等症状，严重的情况下，会使人智力减退，甚至死亡。而在电子行业中，铅的使用尤其广泛，其中的污染更是重中之重，遏制铅污染，已经迫在眉睫[4]。目前各国已经展开积极行动，减少铅对环境和人体的伤害。 目前无铅产品成几何级数量增长，而美国和日本无铅专利已经占据世界无铅专利的四分之一，可以说西方国家已经远远走在我国前面。80年代初，美国就立法禁止含铅管道在供水系统中的应用。98年欧盟规定从2004年就正式开始禁止使用含铅电子钎料。日本2005年正式废除含铅电子产品的使用。而由于中国起步较晚，对含铅钎料只是限制使用量，并无禁止，导致发生多起因玩具中含铅超标致国外儿童中毒事件[5]。在立法及落实上，西方发达国家大都走在中国前面，以牺牲环境和国民健康换来的经济数据，逐渐被各国否定，走可持续发展道路，已经成为世界共识。 1.1 无铅钎料研究现状 首先材料工作者对二元无铅钎料进行了深入广泛的研究，采用的方法都是用另外一种组元取代Sn-Pb共晶合金中的Pb，研究的合金体系有:Au-Sn、Bi-Sn、Sn-Ag、Sn-In、Sn-Zn、Sn-Sb、Sn-Cu等。从进展情况看，有的无铅钎料可以直接采用，或对现行工艺不做大的改变就可能实现替代。但是，绝大多数无铅钎料需要更高的钎焊温度，这些钎料合金不能直接用于现行的生产过程中。在无铅钎料中，Sn-Ag系、Sn-Cu系及Sn-Zn系被认为是最具适用性和发展前途的合金系，其中Sn-Ag系综合性能最好，但存在成本偏高、对元件和设备耐热性要求高等问题[6-9]。各无铅钎料的优缺点及改进方法如表1.1所示。 1几类无铅钎料的优缺点及改进方法 钎料体系 优点 缺点 改进方法 Sn-Cu 成本低 力学性能差，熔点高 加入Ni、Ag、Sb Sn-Ag 熔点较高，润湿性较差，并有Cu融解和扩散、成本制约 加入Zn、InBi Sn-Zn 机械性能优良， 耐氧化腐蚀性差，焊膏保存时间短 调整助焊剂成分和采用氮气保护 Sn-Ag-Cu (Sb) 三元共晶熔点217℃，低于Sn-Ag，可靠性和可焊性良好，抗疲劳，减缓Cu基板的溶