納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料研究.pdf

1、隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子產(chǎn)品向小型化、輕量化、高精度及高可靠性的方向發(fā)展，并且可能在嚴(yán)酷的環(huán)境中服役，這就要求電子信息產(chǎn)品中的釬焊接頭具有良好的顯微組織穩(wěn)定性、力學(xué)性能，特別是具備較高的抗蠕變性能。研究表明通過在釬料中加入納米顆粒，形成納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料，不僅可以保持原有基體釬料良好的釬焊工藝性能，而且可以改善釬料的力學(xué)性能，特別是提高釬料的抗蠕變性能。 論文選擇Sn-37Pb、Sn-0.7Cu釬料作為基體釬料，通過添加微量納

2、米氧化物顆粒、納米金屬顆粒形成顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料。研究了納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合釬料的制備工藝和釬焊接頭釬焊工藝，對(duì)不同納米顆粒及不同含量對(duì)復(fù)合釬料物理性能、釬焊工藝性能、力學(xué)性能、蠕變性能的影響進(jìn)行了分析，并且進(jìn)行了釬料及釬焊接頭顯微組織、釬焊接頭蠕變斷口的分析。 研究表明，當(dāng)納米顆粒Al2O3、TiO2、Ag含量小于3vol％，納米顆粒Cu含量小于1vol％時(shí)，納米顆粒的添加對(duì)Sn-37Pb釬料合金的熔化溫度影響不大。復(fù)合釬料與Sn-

3、37Pb釬料的電導(dǎo)率相當(dāng)，復(fù)合釬料的釬焊工藝性能與Sn-37Pb釬料的釬焊工藝性能相當(dāng)。微量納米顆粒的添加可以顯著提高Sn-37Pb釬焊接頭的蠕變斷裂壽命。 本論文研究了Sn-37Pb釬料和Sn-0.7Cu釬料中加入各種含量不同種類的納米顆粒條件下，復(fù)合釬料釬焊接頭蠕變壽命與溫度和應(yīng)力之間的關(guān)系。分析了復(fù)合釬料釬焊接頭蠕變裂紋的產(chǎn)生、蠕變變形特征和蠕變斷口形貌。復(fù)合釬料釬焊接頭與基體釬料釬焊接頭蠕變壽命的差別隨溫度及加載應(yīng)力的升

4、高而下降。 基于蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，確定了應(yīng)力指數(shù)和蠕變激活能，建立了Sn-37Pb釬料和含有3vol％納米顆粒Ag的Sn-37Pb基復(fù)合釬料釬焊接頭的高溫穩(wěn)態(tài)蠕變的本構(gòu)方程。在低應(yīng)力下，Sn-37Pb釬料和含3vol％Ag的Sn-37Pb基復(fù)合釬料釬焊接頭的應(yīng)力指數(shù)n分別為3.4和3.0；激活能Q分別為57.15kJ/mol和68.33kJ/mol。在高應(yīng)力下，Sn-37Pb釬料和含3vol％Ag的Sn-37Pb基復(fù)合釬料釬焊接頭的

5、應(yīng)力指數(shù)n分別為4.9和4.5；激活能Q分別為45.23kJ/mol和61.72kJ/mol。應(yīng)力指數(shù)和激活能可以反映出含有3vol％納米顆粒Ag的Sn-37Pb基復(fù)合釬料釬焊接頭的蠕變性能優(yōu)于Sn-37Pb釬料釬焊接頭的蠕變性能。 本論文對(duì)納米顆粒Ag提高Sn-37Pb釬料釬焊接頭蠕變抗力的機(jī)制進(jìn)行了討論。納米銀顆粒的加入，可以在枝晶界處形成化合物相，降低枝晶界的界面能，增加位錯(cuò)攀移的激活能，從而降低了位錯(cuò)攀移的速率。在納米銀

6、顆粒的表面形成一薄層的金屬間化合物Ag3Sn，它增強(qiáng)銀顆粒與基體間的結(jié)合，可以起到晶界強(qiáng)化作用。由于這種化合物在高溫下能夠穩(wěn)定存在，從而抑制了原子的擴(kuò)散和晶粒的長大。 本論文還對(duì)納米Al2O3、Ag顆粒增強(qiáng)的Sn-0.7Cu基無鉛復(fù)合釬料的釬焊工藝性能、力學(xué)性能以及抗蠕變性能進(jìn)行了研究。研究表明，納米顆粒1vol％～5vol％Al2O3、0.5vol％～3vol％Ag的Sn-0.7Cu基復(fù)合釬料的鋪展面積均與Sn-0.7Cu釬料