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新型Sn-Cu系无银无铅焊料的研究

作　者: 李建新
导　师: 程晓农
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 无铅焊料 Sn-0.7Cu 润湿性焊接性能
分类号: TG423.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 328次
引　用: 4次
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内容摘要

随着世界工业发达国家在电子领域全面禁止有铅焊料的生产及使用的有关法律的实施,无铅焊料的研发得到蓬勃发展。迄今为止,在众多可能的无铅焊料中,Sn-Cu系无铅焊料由于具有优良的力学性能和价格优势,被认为是最有潜力的Sn-Pb含铅焊料的替代品。本文以研发一种新型的、高性能、低成本的无铅焊料合金为目标。在Sn-O.7Cu中添加Bi、Ce和Ni元素,以改善焊料合金的组织及性能,并通过成分优化获得性能优异新型锡铜基无铅焊料。通过对焊料合金组织和焊接界面组织观察、熔化特征测试、合金力学性能测试、润湿性测试、焊点剪切强度测试等,分析了Bi、Ce和Ni对焊料各项性能的影响,并对其影响机理进行深入分析。研究结果表明:元素Bi对焊料合金的熔点和润湿性有显著影响。Bi元素能够显著降低合金的熔点,改善合金的润湿性能;Bi元素可提高合金的强度,但塑性明显下降,随着Bi含量的增大,合金断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变;Bi含量达3%时,合金熔点降低至220℃。稀土元素Ce可以显著细化焊料合金的基体组织;有效抑制基体中的金属间化合物生成和粗化,更好的改善焊点的可靠性;添加不超过O.05%Ce时,焊料润湿性能变好,抗拉强度升高,但大于0.1%Ce的添加量反而降低润湿性能,抗拉强度亦开始下降。元素Ni可以显著改善焊料合金的润湿性能和塑性;对焊料合金的熔点影响不大;随着Ni含量的增加,抗拉强度和塑性得到提高,但达到0.1%时,抗拉强度出现下降趋势。本次试验获得无铅焊料合金最佳成分为Sn-0.7Cu-3Bi-0.05Ce-0.1Ni,具有相对较好的焊接性能和力学性能。与Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料的性能相比较,焊点的剪切强度和拉伸强度均好于Sn-3.0Ag-0.5Cu,润湿性能未见明显降低。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-23
  1.1 无铅焊料的研究背景  11-12
  1.2 无铅焊料的性能要求  12-13
  1.3 无铅焊料应用过程中面临的主要问题  13
  1.4 无铅焊料当前研究的主要对象  13-19
    1.4.1 Sn-Ag系合金  13-15
    1.4.2 Sn-Cu系合金  15-16
    1.4.3 Sn-Ag-Cu系合金  16
    1.4.4 Sn-Zn系合金  16-17
    1.4.5 Sn-Bi系合金  17-18
    1.4.6 Sn-In系合金  18-19
    1.4.7 Sn-Sb系合金  19
  1.5 国内外研究发展状况  19-20
    1.5.1 国外研究发展概况  19-20
    1.5.2 国内研究发展概况  20
  1.6 无铅焊料研究发展的趋势  20-21
  1.7 本论文研究的内容及目的  21-23
第二章新型含铋无铅焊料合金的成分设计  23-28
  2.1 纯锡作为无铅焊料存在的问题  23-24
  2.2 含铅焊料中的铅具备的属性  24
  2.3 SN-Cu系无铅焊料的优势及丞待解决的问题  24-25
  2.4 新型SN-Cu系无铅焊料的成分优化设计  25-28
第三章试验材料及方法  28-34
  3.1 试验材料及仪器  28
  3.2 焊料合金的制备  28-29
  3.3 焊料合金的熔化温度的测定  29
  3.4 焊料合金润湿性的测定  29-30
  3.5 焊料合金的力学性能的测定  30
  3.6 焊接性能的测定  30-33
    3.6.1 焊点拉伸性能的测试  30-32
    3.6.2 焊点剪切性能的测试  32-33
  3.7 焊料合金的微观组织观察  33-34
第四章试验结果及分析  34-52
  4.1 BI元素对SN-0.7Cu焊料合金的作用  34-41
    4.1.1 Bi元素对熔化特性的影响  34-35
    4.1.2 Bi元素对润湿性能的影响  35-36
    4.1.3 Bi元素对显微组织的影响  36-39
    4.1.4 Bi元素对力学性能的影响  39-41
  4.2 CE元素对SN-0.7CU-3BI焊料合金的作用  41-47
    4.2.1 Ce元素对熔化特性影响  41-42
    4.2.2 Ce元素对润湿性能的影响  42-43
    4.2.3 Ce元素对显微组织的影响  43-46
    4.2.4 Ce元素对力学性能的影响  46-47
  4.3 NI元素对SN-0.7CU-3BI-0.05CE焊料合金的作用  47-51
    4.3.1 Ni元素对熔化特性的影响  47-48
    4.3.2 Ni元素对润湿性能的影响  48-49
    4.3.3 Ni元素对显微组织的影响  49-50
    4.3.4 Ni元素对力学性能的影响  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章焊料合金的性能对比分析  52-57
  5.1 润湿性能  52
  5.2 焊点力学性能  52-53
  5.3 焊接界面组织形貌  53-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章结论  57-58
第七章结束语  58-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的学术论文  65

新型Sn-Cu系无银无铅焊料的研究

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