bi含量对snbicu界面化合物生长影响的研究(附件)【字数：12814】
摘 要摘 要 随着无铅钎料在电子封装中的应用越来越多，应用最广泛的是Sn-Ag-Cu（SAC）钎料。同时，SnBi钎料凭借其低熔点、良好的润湿性能、较高的力学性能、优异的抗蠕变性能和可以阶段焊接等优点也受到世界各国电子行业者的青睐。 本文主要研究对Bi含量对Sn-Bi/Cu界面化合物生长影响，文中从组织观察、IMC厚度等几个方面来进行比较分析。本实验采用超景深显微镜和扫描电镜（SEM）观察SnBi钎料抛光后界面，进行分析，结果表明不同成分、不同时效温度的钎料IMC厚度不同。然后对不同的时效时间、不同温度的Sn-Bi钎料的测试，结果发现，钎料的界面处IMC厚度随时效时间的增加而增大；随老化时间的增长而增大。 综上所述，通过研究Bi含量对Sn-Bi/Cu界面化合物生长的影响，可以得到以下结论界面处IMC的厚度随着老化温度的升高而增大，随着时效时间的增长而增大，在所有的这五种成分中，Sn58Bi的IMC厚度最大。关键词无铅钎料；显微组织；力学性能；IMC厚度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 钎料无铅化的发展 1
1.1.1研究无铅钎料的意义 1
1.1.2 无铅钎料的研究现状 1
1.1.3 钎料可靠性的要求 2
1.2 SnBi无铅钎料 2
1.2.1 SnBi无铅钎料微观结构和力学性能 2
1.2.2 添加合金元素对SnBi钎料的影响 4
1.2.3 添加合金元素对界面的反应 5
1.2.4 SnBi钎料的局限性 8
1.3 课题来源与主要内容 8
第二章 试验材料、设备与方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验材料的制备 10
2.3 扫描电子显微镜仪器 12
2.4超景深显微镜试样的制备 13
第三章 试验结果与分析 14
3.1 SnBi钎料显微组织及界面IMC分析 14
3.1.1 SnBi钎料显微组织 14
3.1.2 SnBi钎料界面IMC 16
3.2 SnBi钎料和Cu基板间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
IMC结果分析 16
3.2.1 老化10天IMC生长结果分析 16
3.2.1.1 Bi含量对IMC厚度的影响 16
3.2.1.2 老化温度对IMC生长厚度的影响 19
3.2.2 老化20天IMC生长结果分析 21
3.2.2.1 Bi含量对IMC生长厚度的影响 21
3.2.1.2 老化温度对IMC生长厚度的影响.....................................................23
3.2.3老化时间对IMC生长结果分析 24
结 论 29
致谢 30
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 钎料无铅化的发展
1.1.1研究无铅钎料的意义
钎焊、压力焊和熔化焊是目前应用最广的三大焊接技术。目前，电子封装技术采用最多的钎焊。钎焊根据钎料液相线温度的高低可将钎焊分为两种类型，美国焊接协会将450℃作为分界线，规定钎料液相线高于450℃所进行钎焊为硬钎焊，低于450℃为软钎焊[1]。在电子钎料中，应用最广泛的金属元素是锡，在大多数钎料中都有锡的存在。
一直以来，共晶合金Sn37Pb钎料具有熔点低（183℃）、价格低廉、润湿性能优异以及能防止“锡温”发生等优点，得到了广泛的应用。随着微电子技术的飞速发展，人们认识到铅对人体和环境的危害问题，Pb污染的严重问题受到了世界各国的重视，日本、美国、欧盟和我国相继出台相关法律法规限制含Pb钎料的使用，如由欧盟制定的RoHS指令强制电子行业使用无铅钎料以减少有毒物质的产生。这使得无铅钎料的开发成为国内外一个非常重要的研究课题[2]。因此，现在电子封装行业开始使用各种各种无铅钎料代替Sn37Pb。应用前景最之一的是SnBi钎料，与Sn37Pb钎料相比，SnBi钎料的润湿性、力学性能和焊接性都较差，从而导致焊接过程中容易产生空洞等缺陷，并影响焊点的强度和可靠性[2]。
基于此本论文要找到性能最好的SnBi的成分，通过对微观断口组织的观察，以及SnBi/Cu界面处IMC厚度的检测。通过观察钎焊条件下抛光过的界面处化合物的形貌。通过改变不同的时效时间、时效温度和成分，来研究SnBi/Cu界面处化合物的影响因素。来确定SnBi钎料性能最好的成分及最合适的使用条件，不仅能节省焊接成本，而且能保证焊接的可靠性。
1.1.2 无铅钎料的研究现状
自从人们意识到铅的危害，世界各国都颁布法令限制铅的含量。在20世纪90年代初期，美国参议院的提案中就要求将用于电子组装的钎料中的铅的质量分数控制在0.1%以内。美国国家生产科学研究所（NCMS）的LeadFree Solder（无铅钎料）计划、日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）以及欧洲的IDEALS计划相继进行了无铅钎料的研制和开发工作[3]。随后各个国家和地区分别将铅列入限量的名单，相继而开始从事研究无铅钎料。在这个信息时代，电子产品的更新速度日益加快，各个厂家开始研究各种各样的低成本，可靠性好的钎料以满足人们越来越高的要求，经过多年的发展逐渐形成了以SnAg、SnCu、SnBi、SnSb、SnZn等钎料以及以它们为基添加其他微量合金元素的钎料。
而近几年来，研究人员逐渐把注意力转向研发含量Ag低的SnBi钎料上。钎料中添加Bi主要是为了起到降低熔化温度的作用，SnBi共晶合金的熔点为139℃，因此SnBi通常用作低温无铅钎料。除了能降低合金的熔化温度外，Bi的存在还能有效地降低合金的表面张力，从而使得钎料有良好的润湿性能。SnBi钎料的低熔点，阶段焊接，热老化材料焊接等性能使SnBi钎料得到了越来越多人的关注。由于Bi的存在，使钎料的较脆，而对何种成分的SnBi钎料的性能最好，还不能完全确定，因此，通过对各种成分的显微组织，力学性能和润湿性的研究，确定脆性最小钎料的成分。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 钎料无铅化的发展 1
1.1.1研究无铅钎料的意义 1
1.1.2 无铅钎料的研究现状 1
1.1.3 钎料可靠性的要求 2
1.2 SnBi无铅钎料 2
1.2.1 SnBi无铅钎料微观结构和力学性能 2
1.2.2 添加合金元素对SnBi钎料的影响 4
1.2.3 添加合金元素对界面的反应 5
1.2.4 SnBi钎料的局限性 8
1.3 课题来源与主要内容 8
第二章 试验材料、设备与方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验材料的制备 10
2.3 扫描电子显微镜仪器 12
2.4超景深显微镜试样的制备 13
第三章 试验结果与分析 14
3.1 SnBi钎料显微组织及界面IMC分析 14
3.1.1 SnBi钎料显微组织 14
3.1.2 SnBi钎料界面IMC 16
3.2 SnBi钎料和Cu基板间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
IMC结果分析 16
3.2.1 老化10天IMC生长结果分析 16
3.2.1.1 Bi含量对IMC厚度的影响 16
3.2.1.2 老化温度对IMC生长厚度的影响 19
3.2.2 老化20天IMC生长结果分析 21
3.2.2.1 Bi含量对IMC生长厚度的影响 21
3.2.1.2 老化温度对IMC生长厚度的影响.....................................................23
3.2.3老化时间对IMC生长结果分析 24
结 论 29
致谢 30
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 钎料无铅化的发展
1.1.1研究无铅钎料的意义
钎焊、压力焊和熔化焊是目前应用最广的三大焊接技术。目前，电子封装技术采用最多的钎焊。钎焊根据钎料液相线温度的高低可将钎焊分为两种类型，美国焊接协会将450℃作为分界线，规定钎料液相线高于450℃所进行钎焊为硬钎焊，低于450℃为软钎焊[1]。在电子钎料中，应用最广泛的金属元素是锡，在大多数钎料中都有锡的存在。
一直以来，共晶合金Sn37Pb钎料具有熔点低（183℃）、价格低廉、润湿性能优异以及能防止“锡温”发生等优点，得到了广泛的应用。随着微电子技术的飞速发展，人们认识到铅对人体和环境的危害问题，Pb污染的严重问题受到了世界各国的重视，日本、美国、欧盟和我国相继出台相关法律法规限制含Pb钎料的使用，如由欧盟制定的RoHS指令强制电子行业使用无铅钎料以减少有毒物质的产生。这使得无铅钎料的开发成为国内外一个非常重要的研究课题[2]。因此，现在电子封装行业开始使用各种各种无铅钎料代替Sn37Pb。应用前景最之一的是SnBi钎料，与Sn37Pb钎料相比，SnBi钎料的润湿性、力学性能和焊接性都较差，从而导致焊接过程中容易产生空洞等缺陷，并影响焊点的强度和可靠性[2]。
基于此本论文要找到性能最好的SnBi的成分，通过对微观断口组织的观察，以及SnBi/Cu界面处IMC厚度的检测。通过观察钎焊条件下抛光过的界面处化合物的形貌。通过改变不同的时效时间、时效温度和成分，来研究SnBi/Cu界面处化合物的影响因素。来确定SnBi钎料性能最好的成分及最合适的使用条件，不仅能节省焊接成本，而且能保证焊接的可靠性。
1.1.2 无铅钎料的研究现状
自从人们意识到铅的危害，世界各国都颁布法令限制铅的含量。在20世纪90年代初期，美国参议院的提案中就要求将用于电子组装的钎料中的铅的质量分数控制在0.1%以内。美国国家生产科学研究所（NCMS）的LeadFree Solder（无铅钎料）计划、日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）以及欧洲的IDEALS计划相继进行了无铅钎料的研制和开发工作[3]。随后各个国家和地区分别将铅列入限量的名单，相继而开始从事研究无铅钎料。在这个信息时代，电子产品的更新速度日益加快，各个厂家开始研究各种各样的低成本，可靠性好的钎料以满足人们越来越高的要求，经过多年的发展逐渐形成了以SnAg、SnCu、SnBi、SnSb、SnZn等钎料以及以它们为基添加其他微量合金元素的钎料。
而近几年来，研究人员逐渐把注意力转向研发含量Ag低的SnBi钎料上。钎料中添加Bi主要是为了起到降低熔化温度的作用，SnBi共晶合金的熔点为139℃，因此SnBi通常用作低温无铅钎料。除了能降低合金的熔化温度外，Bi的存在还能有效地降低合金的表面张力，从而使得钎料有良好的润湿性能。SnBi钎料的低熔点，阶段焊接，热老化材料焊接等性能使SnBi钎料得到了越来越多人的关注。由于Bi的存在，使钎料的较脆，而对何种成分的SnBi钎料的性能最好，还不能完全确定，因此，通过对各种成分的显微组织，力学性能和润湿性的研究，确定脆性最小钎料的成分。
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