微量稀土Ce对Sn-Cu-Ni钎料焊点可靠性影响的研究

论文摘要

近年来,无铅钎料的研究一直是热点课题,但是完全实现无铅钎料的商业化生产与应用,仍有许多问题需要深入研究。本文以无铅钎料Sn-0.5Cu-0.05Ni为主要研究对象,在其中添加不同含量的稀土铈,较为系统地研究了微量稀土铈对Sn-Cu-Ni无铅钎料的物理性能、润湿性能与焊点可靠性的影响。添加微量的稀土铈对Sn-Cu-Ni钎料的熔化温度和密度的影响不大,而电阻率有所上升,但低于传统的Sn-37Pb钎料的电阻率,说明该钎料具有良好的电流传输能力,可以减少电路中的发热。采用铺展性试验方法和润湿平衡法测试了Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料的润湿性,结果表明,在相同温度与相同气氛下,微量稀土铈的加入可提高Sn-Cu-Ni无铅钎料的润湿性能,且N2保护和温度升高能更进一步提高钎料的润湿性,但温度不能过高,由于熔融钎料表面氧化,温度过高对改善钎料润湿性的作用有所削弱。对Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料焊点进行了力学性能测试,并分析了钎料的显微组织,结果表明,Sn-Cu-Ni钎料中添加适量的稀土铈,能够细化钎料组织,从而提高焊点的力学性能。当铈的含量为0.05%左右时,焊点的力学性能达到最佳值。铈含量超过0.05%后,继续增大稀土铈的添加量,Sn-Cu-Ni钎料的显微组织中出现黑色的稀土脆性化合物,焊点力学性能也随之有所下降。研究了在热循环试验条件下片式电阻Sn-Cu-Ni-Ce焊点力学性能的变化规律。结果表明,随着热循环次数的增加,片式电阻Sn-Cu-Ni-Ce焊点的剪切力逐渐降低;在长时间热循环条件下,焊点开始萌生裂纹,导致焊点可靠性下降。研究结果对新型Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料的发展与应用有较好的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无铅钎料问题的提出
• 1.2.1 Sn-Pb 钎料
• 1.2.2 铅的危害
• 1.2.3 禁铅立法现状
• 1.3 无铅钎料及其发展现状
• 1.3.1 无铅钎料定义及性能要求
• 1.3.2 无铅钎料发展现状
• 1.3.3 Sn-Cu-Ni 无铅钎料的发展
• 1.4 稀土元素的研究及应用
• 1.4.1 稀土在锡铅钎料中的应用
• 1.4.2 稀土在无铅钎料中的应用
• 1.5 焊点可靠性问题
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第二章 研究工艺路线及材料的制备
• 2.1 研究工艺路线
• 2.2 钎料合金的选择
• 2.3 钎料合金的熔炼
• 2.3.1 钎料合金的制备方法
• 2.3.2 钎料合金的熔炼过程
• 第三章 Sn-Cu-Ni-Ce 无铅钎料的物理性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 熔化温度的测定
• 3.2.2 密度的测定
• 3.2.3 电阻率的测定
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 钎料熔化温度
• 3.3.2 钎料密度
• 3.3.3 钎料电阻率
• 3.4 本章小结
• 第四章 Sn-Cu-Ni-Ce 无铅钎料的润湿性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 铺展性试验方法
• 4.2.2 润湿平衡法
• 4.3 试验结果
• 4.3.1 铺展试验结果
• 4.3.2 润湿平衡法试验结果
• 4.4 润湿性试验影响因素分析
• 4.4.1 试验温度与试验气氛对钎料合金润湿性的影响
• 4.4.2 稀土Ce 含量对钎料合金润湿性的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 Sn-Cu-Ni-Ce 无铅钎料焊点可靠性
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 Sn-Cu-Ni-Ce 无铅钎料焊点力学性能测试
• 5.2.2 焊点热循环试验
• 5.2.3 组织结构观察
• 5.3 试验结果与分析
• 5.3.1 稀土Ce 含量对QFP 焊点拉伸力的影响
• 5.3.2 稀土Ce 含量对矩形片式电阻焊点剪切力的影响
• 5.3.3 热循环对矩形片式电阻焊点剪切力的影响
• 5.3.4 稀土Ce 含量对钎料合金显微组织影响分析
• 5.3.5 热循环对焊点断口形貌影响的分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文