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硫合金化对锡基无铅焊料的改性作用研究

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第1章 绪论

1.1 焊料无铅化的背景

1.2 无铅焊料发展概况

1.2.1无铅焊料的性能要求

1.2.2目前研究的无铅焊料合金系

1.2.3 无铅焊料的推广面临的问题

1.3 无铅焊料国内外研究现状

1.3.1 无铅焊料润湿性研究现状

1.3.2 无铅焊料抗氧化性研究现状

1.3.3 无铅焊料耐腐蚀性研究现状

1.4 本课题研究内容及意义

第2章 硫对锡基合金对铜的润湿性的影响

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2.1 合金的制备

2.2.2 熔点测试

2.2.3 无铅焊料润湿性的表征

2.2.4焊料合金在空气中的氧化研究

2.2.5无铅焊料扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析

2.2.6无铅焊料x射线衍射分析

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 硫对Sn-Zn和Sn-Cu系无铅焊料合金对铜基材润湿性的影响

2.3.2 硫对无铅焊料润湿性机理研究

2.4 本章小结

第3章 硫对锡基合金组织、合金/铜界面及理化性能的影响

3.1 引言

3.2实验方法

3.2.1 Sn-9Zn-xS/Cu界面结构形貌

3.2.2 常温微观组织与高温微观组织观察对比

3.2.3无铅焊料耐腐蚀性实验

3.2.4 电导率测量

3.2.5 显微硬度测量

3.3实验结果与讨论

3.3.1硫对Sn基无铅焊料合金组织结构的影响

3.3.2 硫对Sn基无铅焊料与铜形成的界面化合物和结构的影响

3.3.3 硫对无铅焊料合金耐腐蚀性能的影响

3.3.4 硫对Sn基无铅焊料电导率、热导率与硬度的影响

3.4 本章小结

第4章 结论

致谢

参考文献

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摘要

传统锡铅焊料性能优良且价格便宜,但铅有毒对人体和环境会造成巨大伤害,无铅焊料研发势在必行。Sn-Zn系无铅焊料具有良好的机械性能、低熔点、低成本等优点,被认为有巨大的研发潜力,阻碍其推广应用的原因是它的润湿性、耐腐蚀性和抗氧化性能较差。本文通过硫合金化改善锡基无铅焊料性能,系统研究了润湿性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能、电导率等一系列理化性能,同时,通过金相显微镜观察微观组织形貌和焊点界面组织结构。
  润湿实验结果表明:硫添加量低于0.1%时,其对Sn-9Zn系无铅焊料润湿性是有利的,且在0.015%左右出现峰值;硫添加量超过0.1%时,产生不利润湿。同样,在硫添加量<0.1%时,Sn-6.5Zn无铅焊料也是有利润湿,且在0.005%处出现峰值润湿,在Sn-0.7Cu无铅焊料中硫对润湿性影响无明显规律,但都是有利润湿。
  润湿机理分析实验表明:DSC熔点测量显示,硫合金化对Sn-9Zn无铅焊料熔点影响不大,变化小于2℃,基本不会对熔体过热度产生影响;氧化性实验显示,Sn-Zn和Sn-Cu系均在硫的加入后抗氧化性明显增强。
  其他的理化性能实验结果表明:硫合金化对Sn-9Zn无铅焊料耐腐蚀性能有提升;电导率和热导率也有小幅度提升;硬度方面,硫的加入并不会使其产生较大恶化效果。
  金相观察表明:硫细化了Sn-9Zn无铅焊料组织,粗大富 Zn相变细小,同时对界面结构没有产生影响;Sn-9Zn/Cu界面 IMC与焊料基体产生缝隙,会引发焊点结合强度问题;硫对Sn-0.7Cu组织和界面都没有产生较大影响,Sn-0.7Cu/Cu界面 IMC与焊料基体结合紧密;同时,对比高温和常温组织发现,锡铜化合物在高温下易长大。

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