Sn-Bi-In-Zn-Ag系合金組織及連接界面.pdf

1、在世界“綠色制造”和“無(wú)鉛化”的浪潮中，課題組研究的Sn-2.5Bi-1Zn-0.3Ag(重量百分比，后同)焊料合金的性能已經(jīng)非常優(yōu)越，但相比傳統(tǒng)Sn-Pb焊料，其熔點(diǎn)仍相對(duì)較高，而且Bi的偏析使合金脆性也有所增大，為了彌補(bǔ)這些不足，本文加入In作為第五組元，形成了Sn-Bi-In-Zn-Ag無(wú)鉛焊料體系。首先對(duì)緩慢冷卻焊料的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，闡述了強(qiáng)化機(jī)理；然后，對(duì)Sn-Bi-In-Zn-Ag/Cu焊點(diǎn)內(nèi)部和界面處金屬間化合物的生長(zhǎng)

2、過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并闡述了In含量對(duì)焊點(diǎn)組織的影響；最后，通過(guò)高溫時(shí)效模擬工作環(huán)境，得到焊點(diǎn)內(nèi)部和界面金屬間化合物在時(shí)效過(guò)程中的演化過(guò)程。
　　 在緩慢冷卻條件下，Sn-2.5Bi-xIn-1Zn-0.3Ag(x=0、0.7、1.4、2.1和2.8)焊料合金的組織主要是由分布在β-Sn基體上的AgZn3(Ag(Zn3-3x，Inx/3))相、富Bi相和富Zn相組成。In組元會(huì)通過(guò)增大Bi在Sn基體中的溶解度，減小Zn在基體中的

3、溶解度而影響焊料組織和性能。
　　 Sn-2.5Bi-xIn-1Zn-0.3Ag/Cu界面都出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，靠近基板的一層均為Cu6Sn5金屬間化合物層，在Sn-2.5Bi-1Zn-0.3Ag/Cu界面處，另外一層為CuZn層，由于In對(duì)Zn在基體中溶解的影響，In加入后CuZn層轉(zhuǎn)變?yōu)镃U5Zn8層，并且隨著In含量增加，CU5Zn8層厚度逐漸增加。Sn-2.5Bi-xIn-1Zn-0.3Ag/Cu焊點(diǎn)界面的形成主要經(jīng)歷了富Z

4、n區(qū)形成，Cu5Zn8層形成，Cu6Sn5層形成三個(gè)階段。
　　 時(shí)效過(guò)程為原子擴(kuò)散提供了足夠的時(shí)間和溫度，導(dǎo)致局部區(qū)域的各原子濃度和比例不斷變化，而引起組織和結(jié)構(gòu)的變化。時(shí)效過(guò)程中，界面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程為Cu5Zn8+Cu6Sn5兩層到Cu6Sn5一層，再到Cu6Sn5+Cu3Sn兩層結(jié)構(gòu)。同時(shí)焊點(diǎn)內(nèi)部也發(fā)生了由Ag3(Sn，In)相到Ag(2n3-3x，Inx/3)相的轉(zhuǎn)變，以及Cu6Sn5相到Cu5Zn8相再到CuZn相的轉(zhuǎn)變