Sn-Zn-Bi-Cr無(wú)鉛焊料的性能與可靠性研究.pdf

1、出于環(huán)境保護(hù)法規(guī)和微電子高集成化發(fā)展的要求，新型無(wú)鉛電子焊料的研究和開(kāi)發(fā)已成為電子和材料界近年的熱點(diǎn)之一。共晶Sn-Zn系合金因?yàn)槠涞土某杀?、較低的熔點(diǎn)和良好的力學(xué)性能等明顯優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注，有望成為下一代的無(wú)鉛焊料。然而Sn-Zn二元合金在Cu基板表面潤(rùn)濕性差、Zn易氧化，成為其應(yīng)用和發(fā)展的主要障礙。近年來(lái)，采用合金化方法改善Sn-Zn系焊料潤(rùn)濕性等性能的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但還沒(méi)有得到根本解決。 本文在總結(jié)大量關(guān)

2、于Sn-Zn系合金研究的基礎(chǔ)上，以最具應(yīng)用前景的Sn-Zn-Bi合金為研究對(duì)象，探索采用Cr元素進(jìn)行微合金化等方法，就提高Sn-Zn-Bi合金的抗氧化性，進(jìn)一步改善潤(rùn)濕性以及合金的塑性等性能進(jìn)行了研究。此外，本文還采用時(shí)效的方法研究了Sn-Zn-Bi合金與Cu和Ni基底釬焊的焊點(diǎn)界面反應(yīng)和界面金屬間化合物長(zhǎng)大行為，并探討了Cr對(duì)Sn-Zn-Bi合金的焊點(diǎn)可靠性的影響。 研究表明：向Sn-Zn-Bi焊料中添加微量的Cr可以明顯提高

3、焊料的抗氧化性，抑制了表面氧化膜的生長(zhǎng)，而元素Bi降低焊料合金的表面張力。同時(shí)添加Bi和Cr可以顯著改善Sn-Zn基焊料的潤(rùn)濕性能，Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr合金具有最佳的潤(rùn)濕性能。 在Sn-8Zn-3Bi合金中添加微量的Cr，由于細(xì)化晶粒作用使合金的塑性得到提高，Sn-8Zn-3Bi-0.1Cr合金具有最佳的力學(xué)性能，室溫下2mm/min的拉伸速率下，合金的強(qiáng)度達(dá)到76MPa，延伸率接近50％。Sn-8Zn-3Bi合金的

4、斷口上有大量的準(zhǔn)解理面且較為粗大，斷裂機(jī)制為準(zhǔn)解理脆性斷裂；添加Cr后合金的斷口變得細(xì)小，斷口形貌以韌窩為主，斷裂的機(jī)制主要為延性斷裂，合金的塑性較好。 Sn-8Zn-3Bi和Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr兩種合金的焊點(diǎn)在150℃時(shí)效過(guò)程中界面金屬間化合物（IMC）厚度隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在相同時(shí)效時(shí)間的情況下，Sn-8Zn-3Bi-0.3Cr合金的焊點(diǎn)界面IMC厚度小于Sn-8Zn-3Bi焊點(diǎn)。Sn-8Zn-3Bi-0.