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高熔点无铅钎料的研制

作　者: 杨海龙
导　师: 李明雨；马鑫
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铋 无铅软钎焊 润湿平衡 金属间化合物 抗腐蚀性
分类号: TG425
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


电子工业中电子封装与组装最主要的焊接材料是锡铅合金。但是铅及含铅物为有毒有害物质,钎料在生产及使用过程中危害人体健康,焊接废弃物对环境有着极大的污染。随着人类环保意识的日益增强,大范围内禁止使用含铅物质的呼声越来越高,特别是在日本和欧洲,分别出台了针对消除含铅合金使用的法规,这使得寻找替代有铅钎料的无铅钎料就成为了电子封装中的一个重要课题。至今,已有70多种的无铅焊料合金出现。但是一种普遍使用的高熔点高含铅量的钎料仍然寻找不到合适的替代产品。本文以Bi-Ag为基体,在其基础上加入了一些微量元素,从其基本物理性能、润湿性、界面反应及抗腐蚀性等角度来研究其代替高铅钎料的可行性。本文首次使用润湿平衡的方法测量了上述钎料的润湿曲线,比较了它们的润湿时间t0和最大润湿力Fmax。结果表明,润湿平衡法可以用来评价这些钎料的润湿性;钎料成分对润湿性能有很大影响,加Zn前,Bi-10Ag-1Cu钎料的润湿性最好,加Zn后,钎料的润湿性能有大幅度地提高。本文首次测量了上述钎料在铜焊盘的铺展面积。结果表明,在360℃钎焊时,添加Zn之前,Bi-6Ag的铺展面积最小;而Bi-10Ag-1Cu的铺展面积最大。添加Zn后,被测钎料的铺展面积有一定的增减,当Zn含量为1%时,铺展面积达到最大。本文首次分析了上述钎料与Cu的界面结合情况。结果表明,Bi-Ag以及Bi-Ag-Cu合金体系与Cu基体间并未形成金属间化合物,其结合状态并不属于冶金结合。但是,加入了一定量的Zn后,可以明显的观察到钎料合金有渗入Cu基体的现象,这说明了含Zn的钎料合金与基板之间的结合更加紧密,它们之间有着更强的结合力。本文还研究了上述钎料钎焊接头在3wt%NaCl溶液中的抗腐蚀性问题,软钎焊焊点抗腐蚀性差的最根本原因是Bi基钎料中能与Cu发生作用的合金元素太少。而含Zn钎料由于金属Zn有着很高的电极电位,因此有存在电化学腐蚀的情况,使其的抗腐蚀性能明显的要弱于Bi-Ag和Bi-Ag-Cu合金体系。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-24
  1.1 选题意义  9-10
  1.2 高熔点无铅钎料的用途及选择标准  10-15
    1.2.1 高铅钎料的用途  10-13
    1.2.2 高熔点无铅钎料的选择标准  13-15
  1.3 高熔点无铅钎料的发展现状  15-22
    1.3.1 Sn-Au钎料  15-18
    1.3.2 Zn-Al钎料  18-20
    1.3.3 Bi-Ag钎料  20-22
  1.4 本课题研究的主要内容  22-24
第2章 Bi-Ag基体合金基本物理性能的研究  24-40
  2.1 引言  24
  2.2 钎料熔化温度的测定（DTA差热分析）  24-29
    2.2.1 试验方法  24-26
    2.2.2 DSC试样制备及实验参数  26
    2.2.3 实验结果及分析  26-29
  2.3 钎料在不同冷却方式下的力学性能测试  29-35
    2.3.1 试验方法  29-32
    2.3.2 试样制备及实验参数  32-33
    2.3.3 实验结果及分析  33-35
  2.4 钎料的金相显微组织  35-39
    2.4.1 试样制备  35
    2.4.2 实验结果及分析  35-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章 基于润湿平衡法Bi-Ag基体合金钎焊性研究  40-52
  3.1 引言  40
  3.2 实验材料的准备  40-42
    3.2.1 钎料的准备  40-42
    3.2.2 铜片和钎剂的准备  42
  3.3 钎料的润湿平衡曲线对比  42-48
    3.3.1 润湿平衡实验  42-44
    3.3.2 实验结果及分析  44-48
  3.4 钎料的润湿铺展面积对比  48-50
    3.4.1 润湿铺展实验  48
    3.4.2 钎料润湿铺展面积测定方法  48-49
    3.4.3 钎料润湿铺展实验结果及分析  49-50
  3.5 本章小结  50-52
第4章 常用国家标准无铅钎料界面结合特征  52-61
  4.1 引言  52
  4.2 实验方法  52
  4.3 实验结果及分析  52-58
    4.3.1 Bi-Ag  53-55
    4.3.2 Bi-Ag-Cu  55-56
    4.3.3 Bi-Ag-Zn  56-58
  4.4 钎料钎焊接头的抗腐蚀性  58-60
    4.4.1 实验方法  58-59
    4.4.2 实验结果及分析  59-60
  4.5 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接材料 > 钎焊材料
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