納米顆粒對(duì)Sn58Bi-Cu微焊點(diǎn)的改性及機(jī)理研究.pdf

1、在電子產(chǎn)品的無(wú)鉛化進(jìn)程中，SnBi釬料憑借低成本、低熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)和良好的力學(xué)性能在低溫封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，SnBi釬料在使用中存在強(qiáng)度低、脆性大等缺點(diǎn)。為了改善 SnBi釬料的組織和性能，本文通過(guò)機(jī)械攪拌的方法制備納米顆粒復(fù)合焊膏，并對(duì)復(fù)合焊膏的熔化特性、潤(rùn)濕性、缺陷形成機(jī)理、焊后微觀組織變化及剪切性能進(jìn)行了分析研究。
　　研究結(jié)果表明：在 Sn58Bi焊膏中分別添加3wt％的納米銅和納米鎳顆粒后，形成的復(fù)合焊膏

2、的液相線溫度較 Sn58Bi焊膏分別上升了1.21、0.38℃，熔程分別增大1.16、0.33℃。添加納米顆粒后，復(fù)合焊膏的在銅基板上的鋪展系數(shù)有所下降，原因是復(fù)合焊膏在熔化過(guò)程中的流動(dòng)性因內(nèi)部生成高熔點(diǎn)固態(tài)金屬間化合物而變差所致。
　　借助 X射線三維和二維成像技術(shù)，通過(guò)對(duì)納米銅復(fù)合焊膏焊后的缺陷分析發(fā)現(xiàn)：隨納米銅含量的增加，焊點(diǎn)內(nèi)部的孔隙率增大。當(dāng)銅顆粒含量達(dá)到15wt%時(shí)，焊點(diǎn)內(nèi)部孔隙約占整個(gè)焊點(diǎn)面積的一半。其原因是銅顆粒在

3、復(fù)合焊膏熔化過(guò)程中與基體中的 Sn反應(yīng)生成高熔點(diǎn)金屬間化合物，銅顆粒含量高的焊點(diǎn)內(nèi)部生成的金屬間化合物多，對(duì)助焊劑揮發(fā)時(shí)氣體溢出的阻礙作用大，導(dǎo)致焊點(diǎn)的孔隙率增大；然而，本文添加的銅顆粒尺寸對(duì)焊點(diǎn)內(nèi)部的孔隙率影響不明顯。
　　添加納米銅顆粒后，其與基體中Sn反應(yīng)生成的 Cu6Sn5相作為形核質(zhì)點(diǎn)彌散的分布在基體組織中，使復(fù)合焊膏焊后的微觀組織得到了細(xì)化；納米顆粒的加入消耗了基體中的一部分 Sn，使得 Bi在焊點(diǎn)表面區(qū)析出形成富 B

4、i相，且隨納米銅顆粒含量的增加，析出現(xiàn)象變得更加明顯。添加納米鎳顆粒后，鎳以化合物的形式彌散的分布在基體組織中，對(duì)復(fù)合焊膏的微觀組織起到了一定的細(xì)化作用。
　　復(fù)合焊膏焊后的剪切力隨納米顆粒的加入有所降低，其原因是由于添加納米顆粒后，焊點(diǎn)內(nèi)部的孔隙率增大，導(dǎo)致焊點(diǎn)的連接強(qiáng)度降低；通過(guò)剪切斷口形貌分析，添加納米銅顆粒后，焊點(diǎn)的斷裂位置由體釬料與基板的界面處向體釬料內(nèi)部轉(zhuǎn)移；對(duì)比分析銅顆粒尺寸對(duì)焊點(diǎn)剪切性能的影響，添加50 nm Cu