Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料

前言

　　自2006年7月1日《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》頒布以來(lái)，圍繞著提高性能、降低成本的無(wú)鉛焊料的研發(fā)工作一直在進(jìn)行，但許多相關(guān)專利仍由外國(guó)把持，因此對(duì)于從事無(wú)鉛化研究較晚的中國(guó)電子行業(yè)，研制開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)鉛焊料具有重要意義。為促進(jìn)我國(guó)無(wú)鉛化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在提高生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)水平的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)深入系統(tǒng)地進(jìn)行基礎(chǔ)理論研究?！　”緯鴮?duì)電子產(chǎn)業(yè)無(wú)鉛化3年以來(lái)無(wú)鉛焊料研究所面臨的問(wèn)題進(jìn)行了翔實(shí)、系統(tǒng)的敘述，全面綜述了本課題組在該領(lǐng)域的最新研究成果，以Sn-3.7Ag-0.9Zn（本書全部合金成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）焊料合金為例，通過(guò)成分設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合，研究了多種影響因素對(duì)合金組織和性能的影響機(jī)理，并以此為依據(jù)，以達(dá)到提高電子產(chǎn)品的連接可靠性，促進(jìn)我國(guó)電子制造企業(yè)突破無(wú)鉛焊料國(guó)際專利和電子產(chǎn)品綠色保護(hù)壁壘，節(jié)省昂貴的國(guó)際專利使用費(fèi)用，從而提高電子產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的目的。全書共分8章，首先介紹了無(wú)鉛焊料研究背景，由此引出Sn-Pb系焊料的熱門替代者Sn-Ag系無(wú)鉛焊料，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)論述了凝固速率改變、成分配比調(diào)整、微合金化、變質(zhì)處理和顆粒增強(qiáng)相引入等各因素對(duì)Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料的組織形成過(guò)程及其與Cu基板連接界面的形成過(guò)程，最后比較了各個(gè)影響因素對(duì)Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料性能的影響。

內(nèi)容概要

　　《Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料》介紹了無(wú)鉛焊料的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀，并重點(diǎn)以Sn-3.7Ag-0.9Zn焊料合金為例，闡述了凝固速率改變、成分配比調(diào)整、微合金化、稀土變質(zhì)處理和顆粒增強(qiáng)相引入等各因素對(duì)其組織形成過(guò)程和性能的影響，比較了不同焊料合金的強(qiáng)化機(jī)理和斷裂機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上采用時(shí)效處理模擬了焊點(diǎn)的服役過(guò)程，揭示其組織演化規(guī)律；同時(shí)，結(jié)合保溫時(shí)間及以上因素對(duì)Sn-Ag-Zn系焊料合金與基板的連接界面的影響機(jī)理、連接界面處金屬間化合物的形成過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。《Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料》可供從事新材料研究、無(wú)鉛焊料生產(chǎn)和電子封裝等專業(yè)科研人員、工程技術(shù)人員和高等學(xué)院相關(guān)專業(yè)的師生閱讀參考。

書籍目錄

前言第1章 無(wú)鉛焊料的研究發(fā)展現(xiàn)狀1.1 電子器件微型化迫切要求發(fā)展無(wú)鉛焊料1.1.1 焊料合金在微電子封裝及組裝互連技術(shù)中的使用1.1.2 電子器件微型化的趨勢(shì)需要發(fā)展無(wú)鉛焊料1.2 環(huán)境立法禁止含鉛焊料的使用1.3 無(wú)鉛焊料的發(fā)展進(jìn)程1.3.1 無(wú)鉛焊料的性能要求1.3.2 主要無(wú)鉛焊料體系1.3.3 無(wú)鉛焊料的微合金化1.3.4 無(wú)鉛復(fù)合焊料1.4 無(wú)鉛焊料的研究熱點(diǎn)1.4.1 無(wú)鉛焊料／金屬連接界面1.4.2 電子遷移1.4.3 機(jī)械性能1.5 Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的研究與發(fā)展1.5.1 Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的力學(xué)性能1.5.2 Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的凝固過(guò)程1.5.3 新組元對(duì)Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的影響1.5.4 復(fù)合Sn-Ag系無(wú)鉛焊料的研發(fā)1.6 Sn-Ag-Zn系無(wú)鉛焊料的研究現(xiàn)狀參考文獻(xiàn)第2章 二元Sn-Ag系焊料合金組織形成規(guī)律2.1 冷卻速率對(duì)凝固過(guò)程及組織形成的影響2.1.1 不同冷卻速率的獲得2.1.2 寬冷卻速率范圍Sn-3.5 Ag焊料合金的組織形成規(guī)律2.1.3 Sn-3.5 Ag焊料合金維氏硬度與凝固速率的內(nèi)在聯(lián)系2.2 塊狀金屬間化合物Ag3Sn相的析出2.2.1 Sn-Ag系焊料合金差示掃描量熱分析溫度控制程序2.2.2 Sn-Ag系焊料合金凝固過(guò)程塊狀金屬間化合物相的形成規(guī)律2.2.3 Sn-Ag系焊料合金中塊狀金屬間化合物Ag，Sn相體積分?jǐn)?shù)的確定2.2.4 緩冷凝固過(guò)共晶Sn-Ag系焊料合金中塊狀金屬間化合物Ag-Sn相的生長(zhǎng)2.3 高溫時(shí)效過(guò)程組織穩(wěn)定性分析2.3.1 緩冷凝固Sn-3.5 Ag焊料合金高溫時(shí)效過(guò)程的組織演化2.3.2 水冷Sn-3.5 Ag焊料合金高溫時(shí)效過(guò)程的組織演化2.3.3 水冷Sn-3.5 Ag焊料合金中金屬間化合物Sn-Ag相長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力的確定2.3.4 塊狀金屬間化合物Ag3Sn相的生長(zhǎng)過(guò)程2.3.5 水冷Sn-Ag焊料合金的熱穩(wěn)定性分析參考文獻(xiàn)第3章 Sn-3.7 Ag0.9 Zn共晶焊料合金組織形成規(guī)律3.1 冷卻速率對(duì)組織形成過(guò)程的影響3.1.1 平衡和近平衡凝固組織3.1.2 快速冷卻下日Sn枝晶相的形成3.1.3 不同冷卻速率下Sn3.7 Ag-0.9 Zn焊料合金凝固過(guò)程分析3.2 時(shí)效過(guò)程的組織穩(wěn)定性3.2.1 室溫時(shí)效3.2.2 高溫時(shí)效3.3 連接界面組織分析與形成機(jī)理3.3.1 Sn-3.7 Ag-O.9 Zn／Cu界面組織3.3.2 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn／Cu界面形成機(jī)理參考文獻(xiàn)第4章 成分配比對(duì)三元Sn-Sn-Zn系焊料合金凝固過(guò)程的影響4.1 Sn-xAg-0.9 Zn焊料合金4.1.1 不同Ag含量Sn-xAg-0.9 Zn焊料合金平衡組織4.1.2 Ag含量變化對(duì)平衡凝固過(guò)程的影響4.2 Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金4.2.1 不同Zn含量Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金平衡組織4.2.2 Zn含量變化對(duì)平衡凝固過(guò)程的影響4.3 連接界面形成機(jī)理4.3.1 Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金與Cu基板的界面反應(yīng)4.3.2 Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金與Cu基板的界面反應(yīng)參考文獻(xiàn)第5章 微合金化對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織形成的影響5.1 In5.1.1 In的加入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響5.1.2 高溫時(shí)效對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響5.2 A15.2.1 Al的加入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響5.2.2 高溫時(shí)效對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn-xAl焊料合金組織的影響5.3 Bi5.3.1 Bi的加入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響5.3.2 Bi的富集區(qū)形成過(guò)程分析5.4 與Cu基板連接界面形成機(jī)理5.4.1 Sn-3.7 Ag-xZn-1.0In／Cu界面結(jié)構(gòu)的形成與演化5.4.2 Sn-3.7 Ag-xZn-xJAl／Cu界面5.4.3 Sn-3.7 Ag-xZn一xBi／Cu界面參考文獻(xiàn)第6章 Ce變質(zhì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織與性能6.1 不同Cc含量Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金平衡組織6.1.1 Ce的加入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn料合金平衡組織的影響6.1.2 高溫時(shí)效對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金平衡組織的影響6.2 不同Ce含量Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金的水冷組織6.2.1 Ce的加入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金水冷組織的影響6.2.2 高溫時(shí)效對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn-xCe焊料合金水冷組織的影響6.3 錫須的形成與機(jī)理6.4 Ce變質(zhì)對(duì)連接界面金屬間化合物的影響6.4.1 Sn3.7 Ag-0.9 Zn-JCc與Cu基板的反應(yīng)6.4.2 Sn-3.7 Ag-O.9 Zn-與Ni／Cu基板的反應(yīng)參考文獻(xiàn)第7章 顆粒增強(qiáng)相對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響7.1 SiC顆粒增強(qiáng)相7.1.1 SiC顆粒引入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響7.1.2 高溫時(shí)效對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn-xSiC復(fù)合焊料組織的影響7.1.3 S：C顆粒引入對(duì)Sn-3.7 Ag-xZn／Cu界面化合物層的影響7.2 Cu顆粒增強(qiáng)相7.2.1 Cu顆粒引入對(duì)平衡凝固Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響7.2.2 Cu顆粒引入對(duì)水冷態(tài)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響參考文獻(xiàn)第8章 不同Sn-Ag-Zn系焊料合金的性能評(píng)價(jià)與斷裂機(jī)理分析8.1 Sn-Ag-Zn系焊料合金的維氏硬度8.1.1 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn焊料合金8.1.2 不同Ag和Zn含量的Sn-Ag-Zn系焊料合金8.1.3 微合金化Sn-3.7 Ag-0.9 Zn焊料合金8.1.4 Sn——g-0.9 Zn復(fù)合焊料8.1.5 Sn-Ag-Zn系焊料合金強(qiáng)化機(jī)理8.2 Sn-Ag-Zn系焊料合金的拉伸性能8.2.1 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn焊料合金的抗拉強(qiáng)度8.2.2 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xAl焊料合金斷裂機(jī)理8.2.3 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xBi焊料合金的抗拉強(qiáng)度8.2.4 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xCe焊料合金的抗拉強(qiáng)度8.3 Sn-Ag-Zn系焊料合金的熔點(diǎn)和潤(rùn)濕性能參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　焊接是指加熱焊料合金使其熔化，而母材不熔化，通過(guò)母材與焊料合金之間的溶解、擴(kuò)散、凝固和反應(yīng)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)冶金學(xué)連接的一種技術(shù)，其成功使用已有兩千多年歷史?！　≡诂F(xiàn)代電子連接與裝配工業(yè)中，利用熔點(diǎn)低于698K的填充金屬——焊料合金來(lái)進(jìn)行低溫焊接已經(jīng)成為微電子器件封裝和組裝互連技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之。在這項(xiàng)技術(shù)中，作為連接材料，焊料合金通過(guò)與電子元器件的引腳及電路導(dǎo)線界面形成的金屬鍵結(jié)合提供了電子器件之間必不可少的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械連接，因此焊料合金的性能直接影響著焊接的可靠性，進(jìn)而決定著整個(gè)電子設(shè)備的使用壽命。在傳統(tǒng)電子封裝工藝中，Sn-Pb系焊料（共晶溫度為456K）以其優(yōu)良的綜合性能和低廉的成本，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)鉛焊料的研究與應(yīng)用已成為全球熱點(diǎn)。對(duì)于作為電子制造大國(guó)的中國(guó)來(lái)說(shuō)，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型無(wú)鉛焊料具有非常重要的意義?！　?.1 電子器件微型化迫切要求發(fā)展無(wú)鉛焊料　　1.1.1 焊料合金在微電子封裝及組裝互連技術(shù)中的使用　　隨著全球電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微電子工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成相互獨(dú)立的三大產(chǎn)業(yè)，即微電子封裝、集成電路設(shè)計(jì)和晶圓生產(chǎn)L4），其中微電子封裝及組裝互連技術(shù)（簡(jiǎn)稱微電子封裝技術(shù)）是指從封裝芯 片開(kāi)始到最后插裝電路板的三級(jí)封裝過(guò)程。將芯片封裝成單芯片組（single chip module）和多芯片組件（multilayer.chip module）為一級(jí)封裝；將一級(jí)封裝和其他組件一起組裝到單層或多層印刷電路板（printcdcircuit board，PCB）為二級(jí)封裝；再將二級(jí)封裝插裝到電路板上組成三級(jí)封裝?！　≡谶@三級(jí)封裝工藝中，焊料合金在一級(jí)封裝和二級(jí)封裝過(guò)程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。如圖1。1所示，在一級(jí)封裝工藝中，焊料合金作為搭接材料，將芯片和基板連接在一起，起到機(jī)械和電氣連接的作用，同時(shí)也是半導(dǎo)體器件散熱的途徑。

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