Sn-9Zn釬料蠕變性能及其復(fù)合增強(qiáng)研究.pdf

1、由于國(guó)際上有關(guān)環(huán)境保護(hù)法規(guī)的出現(xiàn)，各國(guó)均加緊開(kāi)展無(wú)鉛釬料的研發(fā)和可靠性研究。雖然當(dāng)前主流的替代傳統(tǒng)電子釬料的無(wú)鉛釬料是共晶或近共晶的Sn-Ag-Cu系合金，但共晶Sn-Zn系合金Sn-9Zn因其低廉的成本、較低的熔點(diǎn)和良好的力學(xué)性能等明顯優(yōu)點(diǎn)而受到許多研究者的密切關(guān)注。 為滿(mǎn)足電子工業(yè)不斷增長(zhǎng)的對(duì)可靠性的要求，確保其能在服役過(guò)程中可靠運(yùn)行，新型的無(wú)鉛釬料不僅要具有良好的工藝性能，也要有更高的力學(xué)性能，特別是抗蠕變及疲勞蠕變性能。

2、無(wú)鉛釬料的蠕變性能因此而尤為重要。 本文選擇Sn-9Zn釬料合金作為研究對(duì)象，主要內(nèi)容包括：建立和驗(yàn)證了一種激光彎折蠕變測(cè)試裝置和測(cè)試方法；通過(guò)彎折蠕變實(shí)驗(yàn)，確定了Sn-9Zn釬料合金的蠕變應(yīng)力指數(shù)與激活能，建立了反映穩(wěn)態(tài)蠕變速率與溫度和應(yīng)力之間關(guān)系的本構(gòu)方程；作為比較，研究了不同冷卻方式下Sn-9Zn釬料合金與Sn-40Pb及Sn-3.5Ag-0.7Cu的抗蠕變性能：基于本課題組前期的新型助焊劑研究工作，考察了不同助焊劑條件下

3、Sn-9Zn/Cu焊點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度和蠕變性能；提出了原位生長(zhǎng)金屬間化合物顆粒復(fù)合增強(qiáng)的設(shè)想和制備方法，并就此進(jìn)行了多方面的研究，包括Cu與Sn-9Zn釬料合金熔體的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究、金屬間化合物顆粒復(fù)合增強(qiáng)釬料的原位生長(zhǎng)制備、原位生長(zhǎng)金屬間化合物復(fù)合增強(qiáng)對(duì)Sn-9Zn釬料合金顯微組織、潤(rùn)濕性、拉伸性能以及蠕變性能的影響。研究取得了如下主要結(jié)果和認(rèn)識(shí)進(jìn)展： 1、所設(shè)計(jì)的彎折蠕變測(cè)量裝置有效可靠，測(cè)得結(jié)果能夠真實(shí)反映蠕變規(guī)律，能夠用于直

4、接比較不同材料的蠕變性能；用所測(cè)得的數(shù)據(jù)還能夠得到材料的蠕變性能參數(shù)：應(yīng)力指數(shù)和激活能，從而構(gòu)建材料的蠕變本構(gòu)方程。 2、Sn-9Zn釬料合金蠕變變形行為分兩個(gè)應(yīng)力區(qū)，分別對(duì)應(yīng)不同的蠕變特征：在低應(yīng)力區(qū)對(duì)應(yīng)較低的應(yīng)力指數(shù)，其蠕變主控機(jī)制為晶界滑移；在高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力指數(shù)要高得多，位錯(cuò)攀移成為蠕變主控機(jī)制。 3、兩種冷卻方式下三種釬料合金的相對(duì)抗蠕變強(qiáng)度為Sn-40Pb

5、率使兩種無(wú)鉛釬料的組織都得以細(xì)化，其結(jié)果使Sn-3.5Ag-0.7Cu的抗蠕變性能顯著提高，卻使Sn-9Zn的抗蠕變性能有所降低。 4、就Sn-9Zn/Cu焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度以及剪切蠕變強(qiáng)度而言，新型助焊劑中二氯化錫活化劑的添加量有一個(gè)最佳水平，約為5％wt。在這一水平下制得的焊點(diǎn)在剪切實(shí)驗(yàn)中呈良好韌性斷裂模式；實(shí)驗(yàn)還顯示：焊劑中較高的松香濃度明顯有益于Sn-9Zn/Cu焊點(diǎn)的抗剪切蠕變強(qiáng)度，而對(duì)其瞬時(shí)剪切強(qiáng)度影響不大。 5、

6、Sn-9Zn熔體/Cu界面上形成CusZn8化合物層，其生長(zhǎng)增厚動(dòng)力學(xué)接近拋物線特征，受界面曲率影響，較大的曲率對(duì)化合物層生長(zhǎng)呈現(xiàn)一定的抑制作用。在反應(yīng)初期此化合物生長(zhǎng)速率較快，有利于作為原位生長(zhǎng)顆粒增強(qiáng)相。 6、采用向Sn-9Zn釬料合金熔體添加銅粉的方法得到了原位生長(zhǎng)金屬間化合物顆粒增強(qiáng)Sn-Zn基復(fù)合釬料。在釬料中形成了均勻分布Cu<,5>Zn<,8>化合物顆粒相；力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示復(fù)合釬料的強(qiáng)度和塑性都得到了改善，抗蠕