ga对低银snagcu无铅钎料的组织和性能的影响-effect of ga on microstructure and properties of low silver snag cu lead-free solder.docx

承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要鉴于铅对健康和环境安全的危害性，无铅钎料在现代电子产品的制造中正得到越来越广泛的应用，而Sn-Ag-Cu钎料则被实践证明是最能替代传统Sn-Pb钎料的无铅钎料。然而，由于世界经济的低迷对电子产业的影响，对于无铅钎料提出了更高的要求，共晶或近共晶的Sn-3.0~3.8Ag-Cu钎料已经无法满足电子行业“低成本、高品质”的要求。本文以低银的Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料为研究对象，提出通过向钎料中添加合金元素Ga来优化合金性能，探究Ga 对钎料组织与性能的影响规律，提高钎料的综合性能，以使Sn-0.5Ag-0.7Cu-Ga无铅钎料满足电子行业“低成本、高品质”制造的要求。试验结果表明：稀有元素Ga 的添加可以显著细化Sn-0.5Ag-0.7Cu 钎料的基体组织，使基体中的IMC颗粒变得细小且分布均匀。当Ga的含量达到0.5wt.%时，显微组织最为均匀，晶粒也达到了最高程度的细化，但过量的添加会在界面处析出黑色的富镓相；Ga 的添加使钎料的熔点稍有降低，不会对现有钎焊设备造成太大影响。采用润湿平衡法和高温氧化增重法，分别对添加Ga 元素对Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料的润湿性能和抗氧化性能的影响规律进行了研究。结果表明：微量Ga的添加可以有效地改善钎料的润湿性能和抗氧化性能。作为表面活性元素，Ga 会聚集在液态钎料的表面，大大地降低了液态钎料的表面张力，改善了钎料的流动性，从而提高了钎料的润湿性能。但是，当Ga的添加量超过0.5%之后，由于富镓相分布不均匀，会对钎料的润湿性造成不利影响；由于Ga 元素不易氧化，从而也能显著地提高了钎料的抗氧化能力，245℃、60h的条件下，Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga钎料的氧化增重仍然只有Sn-0.5Ag-0.7Cu 钎料氧化增重的一半。对Sn-0.5Ag-0.7Cu-xGa/Cu 焊点组织分析发现，Ga 的添加量≤0.5%时，Ga 对焊点内部组织的影响主要表现在组织内部IMC颗粒的细化作用。焊点界面组织的Cu6Sn5化合物层变得光滑平坦，且厚度有所变薄，焊点的抗剪强度有较大的提高，Ga 含量为0.5%时提高了17.9%。分析焊点在150℃的恒温时效过程发现，随着时效的进行，Sn-0.5Ag-0.7Cu和Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga 两种钎料的焊点界面层化合物厚度几乎呈线性增长，但含Ga 钎料的界面层的增长速度较慢，由此可见，Ga 元素的添加对钎料焊点界面化合物的生长起到了显著的抑制作用；此外，随着时效时间增加，焊点力学性能虽然有所下降，但经过720h时效后的Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga焊点的抗剪强度仍高于Sn-0.5Ag-0.7Cu未时效时的抗剪强度。试验结果和理论分析表明，Ga 的添加明显地抑制了时效过程中焊点界面化合物的生长速度，有利于焊点力学性能的保持，从而大大提高了Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.5Ga 焊点的可靠性。I关键词：无铅钎料，润湿性能，显微组织，界面，可靠性ABSTRACTAsforthedangerofPbonhealthandenvironmentalsafety,lead-freesoldersarebeingapplied moreandmorewidelyinthemanufactureofmodernelectronicproducts.Sn-Ag-Cusolderhasbeen proventobethemostpromisingalternativelead-freesoldertoreplacetheconventionalSn-Pbsolder. However,duetotheglobaleconomicdownturnintheelectronicsindustry,higherrequirementsare putforwardforlead-freeelectronicassembly,theeutecticornear-eutecticSn-3.0~3.8Ag-Cusolders areunable to meetthe―low-cost, high-quality‖ requirementsof theelectronicsindustry.In this paper, thelow-