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本文针对目前液相线温度在500~600℃范围内的电子封装用钎料的空缺,通过分析Ag-Cu-In-Sn系子二元系、三元系相图,确定了熔化温度在500~600℃区间的银铜共晶钎料合金成分,借助DTA、X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析了铸锭合金的熔化特性、合金相组成,并对钎料的流动性、润湿性及力学性能进行了分析和测试。钎料带材采取强制大变形热挤压后热、冷轧的工艺制备,其主要研究结果如下:
(1)根据电子封装用钎料设计的要求和相平衡原理,设计成分比为Ag:Cu:In:Sn=57.6:22.4:10:10的钎料合金。通过对钎料合金非真空熔炼铸锭与真空熔炼铸锭两种方式对比,发现非真空状态熔炼的铸锭合金枝晶网胞尺寸较粗大,枝晶偏析严重,而真空熔炼铸态组织均匀,减小了枝晶偏析。
(2)通过DTA分析确定了真空熔炼状态下钎料合金的液相线温度为567℃;非真空熔炼时钎料合金的液相线温度为606.4℃。经过X射线衍射分析Ag-Cu-In-Sn合金主要是由具有面心立方结构的富.Ag的Q固溶相和具有复杂结构富Cu的β固溶相组成。非真空熔炼合金中存在大量SnO<,2>、In<,2>O<,3>、CuO氧化物相,而真空熔炼合金中无氧化物的衍射峰。
(3)采取强制大变形热挤压工艺,经热挤压后,使得铸态合金中的缩松、微观空隙等内部缺陷被压实,加工组织沿主变形方向伸长,最后形成两相交替拉长的纤维状的组织,有利于防止热轧开裂。该工艺突破了合金脆性大难于加工成型的难点,得以将焊料加工成厚度小于0.1mm的箔带。
(4)钎料合金于590℃、610℃、630℃在Ni板铺展后表面质量均较好,无块状物残留, 590℃时钎料就已经很好的熔化,钎料合金与镍板浸润且浸润性极佳。同时,630℃时,钎料充分铺展开来,流动性好。
(5)钎料合金抗拉强度为470 MPa,拉伸断口宏观上呈脆性断裂,而微观组织中有明显的大小、深浅不同的椭圆形韧窝存在,沿剪切方向被拉长,具有韧性断裂特征。钎料合金以紫铜为基板钎焊的剪切强度为69MPa,从宏观上看,断口没有明显的塑性变形,微观组织形貌其主要断裂形式为韧性断裂。