SnAgCuCe无铅焊点界面行为及微观力学性能

论文摘要

新型无铅钎料的开发与应用已经成为了电子封装新材料研究的主要内容之一,为了降低Sn-Ag-Cu系无铅钎料成本并提高其使用性能,研究低银型无铅钎料微合金化具有十分重要的理论意义和实用价值。本文以低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu（SAC0307）为基体,通过添加不同含量的稀土元素Ce （00.25wt.%）,研究了Ce对SAC0307的熔点、润湿性、微观组织、焊点界面化合物生长情况以及抗蠕变性能的影响。研究结果表明:SAC0307-xCe合金熔化温度均在215°C218°C之间,变化很小。Ce的添加增大了SAC0307钎料的铺展面积,SAC0307-0.05Ce钎料的铺展面积最大,且光亮程度最好。SAC0307-xCe合金组织与SAC0307原始基体组织类似。随着Ce元素加入量的添加,钎料合金的组织逐渐细化,当Ce元素含量为0.25wt.%时,钎料微观组织中开始生成细小的粒状物质并逐渐长大,大量的块状黑色稀土相弥散分布在组织中。经过576h 150°C等温时效处理后,由于Ce是一种活性非常强的元素,适量的Ce元素使IMC的晶粒被细化,长大速度变小;当Ce含量超过一定值时（0.10wt.%）,Ce不以固溶形式存在,而是生成Ce的黑色化合物,对晶粒长大的抑制效果降低。SAC0307-0.05Ce/Cu IMC层的生长速率最小,说明添加0.05 wt.%的Ce抑制IMC生长的效果最好。采用纳米压痕法并根据载荷与位移曲线测量出SAC0307-xCe/Cu钎料合金BGA焊点的压痕硬度Hit和弹性模量E,随着Ce含量的增加,压痕硬度有所增大,对于弹性接触压痕分析,弹性模量E略微变大。蠕变性能发生了很大的变化,随着Ce含量的增加,m值减小,n值增大,添加Ce明显提高了焊点蠕变应力指数n,使焊点具有更好的抗蠕变能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外无铅钎料研究进展及分析
• 1.2.1 无铅钎料的发展及性能指标
• 1.2.2 SAC 系低银无铅钎料的研究及专利
• 1.2.3 SAC-RE 系无铅钎料的研究进展
• 1.3 焊点可靠性的研究
• 1.3.1 焊点可靠性研究的重要性
• 1.3.2 焊点可靠性的研究现状
• 1.4 课题来源及选题意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 Sn-0.3Ag-0.7Cu –xCe 熔点及润湿性能
• 2.1 引言
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 钎料合金成分的选择
• 2.2.2 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe 的制备
• 2.2.3 钎料的熔化温度测试分析
• 2.2.4 钎料的润湿性能测试
• 2.3 Ce 对Sn-0.3Ag-0.7Cu 熔点的影响
• 2.4 Ce 对Sn-0.3Ag-0.7Cu 润湿性的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 Ce 对Sn-0.3Ag-0.7Cu 钎料显微组织及界面IMC 的影响
• 3.1 引言
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 组织试样的制备与观察
• 3.2.2 界面IMC 的观察
• 3.3 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe 钎料显微组织
• 3.4 Ce 对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 界面IMC 的影响
• 3.4.1 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 的界面IMC 形貌
• 3.4.2 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 界面IMC 的厚度
• 3.4.3 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 界面IMC 晶粒形貌
• 3.5 本章小结
• 第4章 时效对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 界面IMC 影响
• 4.1 引言
• 4.2 试验方法
• 4.3 时效对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 界面IMC 的影响
• 4.3.1 时效对研究界面IMC 的意义
• 4.3.2 时效后SAC0307-xCe/Cu 界面IMC 的形貌
• 4.3.3 时效后SAC0307-xCe/Cu 界面IMC 的厚度
• 4.4 本章小结
• 第5章 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe 焊点的纳米力学行为
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法及原理
• 5.2.1 焊点的制备
• 5.2.2 纳米压痕试验装置
• 5.2.3 纳米压痕法测试微观力学性能的基本原理
• 5.3 BGA 焊点的压痕力学行为
• 5.3.1 BGA 焊点的压痕硬度及弹性模量测试结果及分析
• 5.3.2 Sn-0.3Ag-0.7Cu-xCe/Cu 焊点的压痕蠕变测试结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢