snagcuin钎料cu基板界面显微组织分析(附件)【字数：11354】
摘 要摘 要传统的Sn-Pb钎料共晶熔点低，导电性能好再加上制作成本低使其在生产中得到了广泛的应用。然而，众所周知，Pb含有剧毒，不论是对环境还是对人们的身体健康都有很大的危害。目前人们致力于发展和传统Sn-Pb钎料性能相近或更好的无铅钎料，以求取代传统Sn-Pb钎料。在目前的电子行业中使用较多的的无铅焊料有Sn-Cu系和Sn-Ag-Cu系，低银Sn-Ag-Cu无铅钎料成为当下热门的研究课题。本实验以Sn-1.0Ag-0.5Cu无铅钎料为研究对象，在钎料中加入不同含量的In（1%，2%，3%，4%），通过不同时间的时效处理，研究观察未时效的与时效过后的显微组织和力学性能，来探究In对钎料组织和性能的影响规律，以求找到提高钎料的综合性能的方法。实验结果表明，添加In元素之后有效的降低了Sn-1.0Ag-0.5Cu无铅钎料的熔化温度，提高了钎料的润湿性。另外，随着In含量的增加，剪切力持续增加，增加了钎料的抗剪性能。关键词Sn-Ag-Cu-In；无铅钎料；显微组织；力学性能；
目录
第一章绪论 1
1.1 钎料的无铅化进程 1
1.2 表面贴装技术概述 2
1.3 无铅钎料研究 4
1.3.1 无铅钎料的技术要求 4
1.3.2 SnAgCu系无铅钎料特点及发展现状 5
1.5 本研究主要内容 8
第二章实验方法 9
2.1 实验材料 9
2.2 钎料合金的熔化温度实验 9
2.3 钎料合金的润湿铺展实验 9
2.4 时效处理 10
2.5 微焊点力学性能实验 11
2.5.1 BGA表面贴装 11
2.5.2 焊点剪切实验 12
2.6 钎料合金显微组织分析 13
第三章实验结果及分析 15
3.1钎料合金熔化温度实验结果及分析 15
3.2 钎料合金润湿铺展实验结果及分析 15
3.3 焊点力学性能实验结果及分析 16
3.3.1 剪切性能分析 16
3.3.2 断口形貌分析 19
3.4 界面显微组织分析 25
结论 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 钎料的无铅化进程
20世纪60年代开始，第一代集成电路的诞生和发展极大推动了社会通讯技术和电子科学技术的进步，使社会的各个领域以及工业部门发生了历史性的变革，把人类带入了电子信息时代，其中，集成电路的发展得益于电子封装技术的迅速发展。电子封装即安装集成电路中内置芯片的外部管壳，采用合理工艺对内部芯片进行布置、组装、键合、连接并且与环境隔离和保护，起着安放固定密封的作用[1]。电子封装起着保护集成电路内置芯片的作用，避免水、灰尘或者有害气体对电子器件或集成电路的危害，加强了电子产品的环境适应能力，还可以减少震动，外力损伤带来的危害，为芯片与电子器件提供一个安全稳定的工作环境，并且实现与外界的互连。其中，焊接工艺技术是电子封装领域极为重要的一部分[2]。
研究表明，Pb属于剧毒物质，对人类身体健康、地球环境都有极大的损害。一方面铅离子易侵害人的神经系统，造成精神错乱，儿童体内即使存在很少的铅，也会导致终身的问题，比如严重的阅读、学习障碍，生长缓慢，反应迟钝等。另一方面丢弃的各类电子产品中所含有的铅使得地下水遭到污染[3]。而传统SnPb钎料大量的投入使用，造成了很严重的铅污染。世界上很多的国家都已出台了相关政策以求改变这种情况。目前，金属铅已经被国际环境组织列为17种有毒害元素之首。早在2003年3月，中国颁布的《电子信息产品生产污染防治管理办法》规定了，为了顺应环保要求和国际市场的发展，从2006年7月1日开始，投放市场的国家重点监督目录内的电子信息产品一定不能含有有铅、汞、六价铬、聚合澳化联苯伊和聚合澳化联苯乙醚这四种物质[4]。由此可见，电子行业无铅化势在必行，甚至已经上升到了法律的层面。不仅如此，在性能方面，传统SnPb钎料的剪切强度、抗蠕变能力和抗热疲劳能力差，导致焊点性能差而过早的失效。如今电子产品向着微型化，高密度方向发展，焊点的尺寸减小意味着其所承受的热力学载荷越来越高，传统的SnPb钎料在剪切强度、抗热疲劳能力方面不能满足实际的生产加工要求[5]。
所以，随着环保意识的增强和在社会需要的推动下，掀起了无铅焊料的新一轮研究高潮。研究者首先对二元无铅钎料合金展开了研究，研究发现，共晶SnAg在剪切强度，抗蠕变性能和抗热疲劳性能方面表现良好。但是这种钎料合金熔点高，在Cu基板上的润湿铺展性能不够理想。经过多年的开发研究，研究者在二元无铅钎料的基础上添加了第三种合金元素，研究了一系列多元合金系无铅钎料，如表11部分无铅钎料的成分及熔点。其中SnAgCu是全球公认的SnPb钎料最好的替代品，具有优良的力学性能和可焊性。但共晶或近共晶的SnAgCu钎料银的含量较高，以至于无法满足现代社会“低成本、高质量”的要求，因而，第二代低银SnAgCu钎料的研究和开发势在必行[6]。
表11 部分无铅钎料的成分及熔点[7]
合金系
合金成分（wt.%）
熔化温度（℃）
SnAg
96.5Sn3.5Ag
221
SnCu
99.3Sn0.7Cu
227
SnAgCu
94.9Sn3.6Ag1.5Cu
225
SnAgZn
95.5Sn3.5Ag1.0Zn
217
SnAgBi
43Sn1.0Ag56Bi
136.5
1.2 表面贴装技术概述
表面贴装技术SMT是目前电子组装行业中应用最广泛的一种技术工艺。这种工艺是通过贴片机将电子元器件包括电阻、电容、电感、IC、BGA、QFP等贴装在PCB上相应的位置，再用波峰焊、再流焊等方法焊接。传统的通孔插装技是将元器件放在印刷电路板上进行插装，然后通过波峰焊等软钎焊技术将锡膏印刷在PCB上要焊接零件的位置进行焊接，形成可靠的焊点，从而实现长期的机械和电的连接。SMT技术的出现使得在印刷电路板制造中传统的通孔安装技术将被淘汰[8]。
图11 通孔插装
图12 表面组装
如今，在技术发达的国家中，SMT技术在印制板上的应用已达到90%，在我国，SMT技术也正在快速推广。表面贴装技术的主要特点有：
(1) SMT使在印制板上的钻孔数减少，且不用弯角整形，节约了印制板上连接的硬件同时节约了时间。
(2) 再流焊器件小而轻，减少因冲击和振动导致器件失效的可能性，避免了元器件与印制板之间的二次连接，提高了生产效率。
目录
第一章绪论 1
1.1 钎料的无铅化进程 1
1.2 表面贴装技术概述 2
1.3 无铅钎料研究 4
1.3.1 无铅钎料的技术要求 4
1.3.2 SnAgCu系无铅钎料特点及发展现状 5
1.5 本研究主要内容 8
第二章实验方法 9
2.1 实验材料 9
2.2 钎料合金的熔化温度实验 9
2.3 钎料合金的润湿铺展实验 9
2.4 时效处理 10
2.5 微焊点力学性能实验 11
2.5.1 BGA表面贴装 11
2.5.2 焊点剪切实验 12
2.6 钎料合金显微组织分析 13
第三章实验结果及分析 15
3.1钎料合金熔化温度实验结果及分析 15
3.2 钎料合金润湿铺展实验结果及分析 15
3.3 焊点力学性能实验结果及分析 16
3.3.1 剪切性能分析 16
3.3.2 断口形貌分析 19
3.4 界面显微组织分析 25
结论 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 钎料的无铅化进程
20世纪60年代开始，第一代集成电路的诞生和发展极大推动了社会通讯技术和电子科学技术的进步，使社会的各个领域以及工业部门发生了历史性的变革，把人类带入了电子信息时代，其中，集成电路的发展得益于电子封装技术的迅速发展。电子封装即安装集成电路中内置芯片的外部管壳，采用合理工艺对内部芯片进行布置、组装、键合、连接并且与环境隔离和保护，起着安放固定密封的作用[1]。电子封装起着保护集成电路内置芯片的作用，避免水、灰尘或者有害气体对电子器件或集成电路的危害，加强了电子产品的环境适应能力，还可以减少震动，外力损伤带来的危害，为芯片与电子器件提供一个安全稳定的工作环境，并且实现与外界的互连。其中，焊接工艺技术是电子封装领域极为重要的一部分[2]。
研究表明，Pb属于剧毒物质，对人类身体健康、地球环境都有极大的损害。一方面铅离子易侵害人的神经系统，造成精神错乱，儿童体内即使存在很少的铅，也会导致终身的问题，比如严重的阅读、学习障碍，生长缓慢，反应迟钝等。另一方面丢弃的各类电子产品中所含有的铅使得地下水遭到污染[3]。而传统SnPb钎料大量的投入使用，造成了很严重的铅污染。世界上很多的国家都已出台了相关政策以求改变这种情况。目前，金属铅已经被国际环境组织列为17种有毒害元素之首。早在2003年3月，中国颁布的《电子信息产品生产污染防治管理办法》规定了，为了顺应环保要求和国际市场的发展，从2006年7月1日开始，投放市场的国家重点监督目录内的电子信息产品一定不能含有有铅、汞、六价铬、聚合澳化联苯伊和聚合澳化联苯乙醚这四种物质[4]。由此可见，电子行业无铅化势在必行，甚至已经上升到了法律的层面。不仅如此，在性能方面，传统SnPb钎料的剪切强度、抗蠕变能力和抗热疲劳能力差，导致焊点性能差而过早的失效。如今电子产品向着微型化，高密度方向发展，焊点的尺寸减小意味着其所承受的热力学载荷越来越高，传统的SnPb钎料在剪切强度、抗热疲劳能力方面不能满足实际的生产加工要求[5]。
所以，随着环保意识的增强和在社会需要的推动下，掀起了无铅焊料的新一轮研究高潮。研究者首先对二元无铅钎料合金展开了研究，研究发现，共晶SnAg在剪切强度，抗蠕变性能和抗热疲劳性能方面表现良好。但是这种钎料合金熔点高，在Cu基板上的润湿铺展性能不够理想。经过多年的开发研究，研究者在二元无铅钎料的基础上添加了第三种合金元素，研究了一系列多元合金系无铅钎料，如表11部分无铅钎料的成分及熔点。其中SnAgCu是全球公认的SnPb钎料最好的替代品，具有优良的力学性能和可焊性。但共晶或近共晶的SnAgCu钎料银的含量较高，以至于无法满足现代社会“低成本、高质量”的要求，因而，第二代低银SnAgCu钎料的研究和开发势在必行[6]。
表11 部分无铅钎料的成分及熔点[7]
合金系
合金成分（wt.%）
熔化温度（℃）
SnAg
96.5Sn3.5Ag
221
SnCu
99.3Sn0.7Cu
227
SnAgCu
94.9Sn3.6Ag1.5Cu
225
SnAgZn
95.5Sn3.5Ag1.0Zn
217
SnAgBi
43Sn1.0Ag56Bi
136.5
1.2 表面贴装技术概述
表面贴装技术SMT是目前电子组装行业中应用最广泛的一种技术工艺。这种工艺是通过贴片机将电子元器件包括电阻、电容、电感、IC、BGA、QFP等贴装在PCB上相应的位置，再用波峰焊、再流焊等方法焊接。传统的通孔插装技是将元器件放在印刷电路板上进行插装，然后通过波峰焊等软钎焊技术将锡膏印刷在PCB上要焊接零件的位置进行焊接，形成可靠的焊点，从而实现长期的机械和电的连接。SMT技术的出现使得在印刷电路板制造中传统的通孔安装技术将被淘汰[8]。
图11 通孔插装
图12 表面组装
如今，在技术发达的国家中，SMT技术在印制板上的应用已达到90%，在我国，SMT技术也正在快速推广。表面贴装技术的主要特点有：
(1) SMT使在印制板上的钻孔数减少，且不用弯角整形，节约了印制板上连接的硬件同时节约了时间。
(2) 再流焊器件小而轻，减少因冲击和振动导致器件失效的可能性，避免了元器件与印制板之间的二次连接，提高了生产效率。
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