自适应无铅焊料的开发与研究.pdf

?适应无铅辉料的开发与研
自适应无铅焊料的开发与研究
韦晨,刘永长,韩雅静,沈骏
天津大学材料科学与に.程学院金属材料系、天津300072
摘要可靠性是电子エ业发展所面临的最大难题。随着对无铅岸料的深入研究,消除金属间化合物对烨点机
减性能的不利影响,及解决由于印刷电路板与电子材料阿的热膨胀系数不同所产生的、在热獯环过程中出现的热疲劳
现象,都是提高可靠性的途径、捉出了开发自诞应无船煌料解决上述问题,阑述了剝备自适应无铅涅?的可行性,并
辰望了此种辉料的良好应鬥前学。
关键词无鉛焊料形状汜乙。念属闻化合物
Development and Research of Self-adaptive Lead-free Solders
WEI Chen, LIU Yongchang, HAN Yajing, SIEN Jun
( Department ol Mctallic Materials Science & Fngineering, Tianjin University, Tiar jin w
Abstract Ecnric indusry Eces aruca obe f reliab itw. Wil er isi hts no the lead re
olders. there are two effective ways for improving its reliability: eliminating the di dvantages for the me. al
propcrties of the soler mints caused by intermetallic phases and avoiding he thermal fatigue emerged during thermal
cycling cue t the: differen: cecificients r thermal expansion be ween the packaged (ororicls z he pried circui
hoard. Here further developrnent ol scl.-acative lead-free solders is proposed to solve these preblems. and he pssilc
preparat: on methods and prosect application of self adaptive lead Iree solders a rc summarizcd i is weli
ds Icad-irce solder, shape mcrory intermetallics
0前言
第一…阶段?这与基板数其镀层灼逃择和焊料的选择是相关
的,当前较常犯的基板及镀层元素主要有(n、u和、M等。H
近年来,鉴丁环保和健康的要对于元焊料的研究在全于?前的尤铅焊料是以Sn为主要组元的,所以不可避免地将生
球范围内发展起来。由于各研究机构出于利考虑和商軌的或Sn的金属同化合物
因,目前对于无铅焊料尚不能得到全面的基础的信息,体现为Cu:Sn写基体(い之间会生成金属间化合物(uSn,
没有对格个无铅焊料的功能和叮靠性测试数据、并且也没有一近焊料和(いusSn靠近Cu其体表面。式中(uSsn.的生成将使
个建立在精确原下选择合余的系统的程序。所以目前对铅低温下的菰伸强度下降并导致拉伸裂?。外,金属间化合
?料开展的研究,日标大都局限为了找符合東项性能要求的合物相的厚度直接影响其机械性能适当厚度的金属化合物的
金焊料。为此,对合金焊料组元的选择从二元到三元,甚至四元生成将提高焊点的可蔀,金属间化合物过厚財将使焊点变
?れ元合金,元索的选择也多达近10种
。当金属间化合物的尺寸小于1gam时.焊料利金属间化合
无铅焊料中金属间化合物的形成
物之间没有裂纹产生,从而可获得最大拉伸强度:当金属间化合
物尺寸介寸1tm3和]9gm之间时,仲强度丹始下降;当金属间
近年来研究的重点在合金系的选取,即采用哪种焊料来化合物尺小大于10:rm)时,随着残余应力的积界?金属间化合物
代传统的锡铅焊料、其中多偏重于SnAg、Ssn-Zn和Sn-Bi系,其与焊料之?的破裂不断增川、掠颯度显著下降
中Sm-A8(れ最被看女好
Au:Au和Nj大都出现在乃点ド念属间化层(UHM)中,Au
但无论选择何种合金,在焊接过程中都将遇到念属化合具有防氧化的作用,但焊接后会与Sn反应生成Au:Sn。 nusni
物对焊接性能的影响及可靠性问题。焊接过程中金属间化合物相较脆要弱于 Cu: Son。相,随着热时效时的延长,生成的片
的生成分两个阶設:第一阶段?液体料与基体的面反应;第状 Ausn:相将粗化?,这将大大降低焊点强度,使其易于脆袈
阶段.剩余液体焊料的凝間。其中绝大部分焊料中有金属
Ni:般在PM中Ni处于Au(u之间,为系统提供-知
化合物的析出,焊料与金属基体的界面反应史不可避免,而且随的扩散阻力,这是由于:①i向Aい及Cu中扩散相对较慢
着多组元的发版和利新组元的加人,使形成金源间化合物的可能②焊接后形成的、Ni-Sn化合物长大缓慢、Ni利Sn在焊接后
性增加。这些化合物将严重影焊接性能.
生成脆的扇贝状Ni:Sn相,并将随吋效不断粗化
x≤家然科学禁金?(No.50101033);全国伏秀博土学位论文作者专久基金项目(No.2003
大学大型泳各开放基金
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韦殘:男,1983)年生,项士研究生,主要从事无铝辉科約研究Tel:02-8」982940Emai]ei.riu(rvahid.com