Sn-Zn合金釬料及其與Cu基板界面結(jié)合機(jī)理研究.pdf

1、傳統(tǒng)Sn-Pb釬料由于Pb的毒性而在越來越多的國(guó)家和領(lǐng)域被禁止使用,無鉛釬料的研究與應(yīng)用已經(jīng)成為電子工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。Sn-Zn合金熔點(diǎn)接近Sn-Pb釬料且具有更優(yōu)的力學(xué)性能和較低的材料成本,已被認(rèn)為是潛在的能用于替代傳統(tǒng)Sn-Pb釬料的合金系之一。然而,由于Zn的活性,Sn-Zn合金普遍易氧化,耐蝕性與潤(rùn)濕性較差,使其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到了制約。
　　針對(duì)Sn-Zn系合金存在的問題,本文以研究與應(yīng)用較為廣泛的Sn-9Zn合

2、金作為參比物,研究了0.1wt％Ni、Pr、Nd元素在Sn-9Zn合金中的添加以及快速凝固制備工藝對(duì)釬料合金微觀組織結(jié)構(gòu)、熔化與潤(rùn)濕特性、耐腐蝕性能、接頭力學(xué)性能及界面化合物特征等的影響。
　　研究表明,Sn-9Zn釬料合金中添加0.1wt%Ni/Pr/Nd元素均能細(xì)化組織并避免Zn相的過度聚集;經(jīng)快速凝固制備后,Sn-9Zn-0.1Ni/Pr/Nd合金組織部分由層片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱?Zn相部分過飽和固溶于Sn基體中,部分以尺寸為1~

3、2μm的顆粒分布于Sn枝晶中。
　　與Sn-9Zn釬料合金相比,0.1wt%Ni/Pr/Nd元素的添加對(duì)于合金熔點(diǎn)幾乎不產(chǎn)生影響,但能夠不同程度地改善釬料合金的可焊性,在相同工藝條件下能夠提高合金對(duì)基板的潤(rùn)濕力和縮短潤(rùn)濕時(shí)間,促進(jìn)了界面IMC的細(xì)化與均勻化。
　　0.1wt%Ni元素在Sn-9Zn合金中的添加能夠顯著提高釬料合金的自腐蝕電位,改善耐蝕性,微量Pr/Nd元素添加的影響則不明顯;添加0.1wt%Ni/Pr/Nd元

4、素的Sn-9Zn合金經(jīng)快速凝固制備后,由于活潑的自由Zn尺寸小且分布彌散,自腐蝕電位均升高,耐蝕性得到改善。
　　與常態(tài)合金相比,經(jīng)快速凝固制備后的Sn-9Zn-0.1Ni/Pr/Nd合金中成分均勻且處于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài),加熱過程中能夠釋放結(jié)晶潛熱促進(jìn)熔化過程的迅速完成,熔化區(qū)間均大幅減小,界面反應(yīng)能夠在較短時(shí)間均勻充分地完成,能夠在較短釬焊時(shí)間即實(shí)現(xiàn)結(jié)合強(qiáng)度超出常態(tài)Sn-9Zn釬料30%以上的高性能連接。
　　本課題的試驗(yàn)研究