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电子封装用Sn基复合焊料的制备工艺研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科学发展水平的日益提高,科研领域对材料质量的需求日益增加,不论在社会生产上,还是在科学研究上对材料互连的连接接头性能也提出了更可靠、更高效、更环保的要求。在过去的二十年中,焊接与连接是材料领域重点关注的课题和方向[1]。并且电子产品向体积微型化和功能集成化方向的迅速发展,微电子系统对现有互连焊点的可靠性提出了更高的要求,而部分严酷服役环境如热循环和持续的震动更加突出了可靠接头的重要性。随着对更小、更便宜、寿命更长和无铅电子设备的要求越来越高,人们希望了解电子封装中焊点的机械行为[2-4]。此外,众所周知,电子设备中的焊点会经历大范围的应变速率和温度,因此了解焊点合金的力学行为如何随着这些因素的变化而变化是很重要的。

软钎焊的工艺中,sn基钎料的使用是必不可少的环节,但是sn基钎料有其自身的多种问题[5],比如:1)界面润湿较困难,甚至有些sn基钎料所具有的润湿性较差;2)成本比较高,sn基钎料中,除了纯sn以外,其他钎料均需要添加一定的合金元素;3)由于纯sn的力学性能的不好,钎焊温度也相对较低,所以在钎焊之后得到的接头中强度一直是制约并影响其使用的关键因素[6]。

近几年来,国内外学者对于sn基钎料的研究众多,但大多数都是集中于sn基钎料原有成分和合金元素添入含量的改性方面[7-9],对纯 sn 基体结构的探索在研究上还存在大量空白。当前常用的封装材料为sn-ag,sn-pb,纯sn,sn-zn,sac305等。sn-ag系焊料内含(3.5-4)wt%ag,其共晶合金成分的温度是221°c,具有优异的细微组织和机械特性,焊接可靠性相当好,作为一种高熔点型二元合金[10],它的应用非常广泛.但润湿效果不理想,容易被氧化,并且熔点还是偏高了一点,使实际焊接过程中的温度升高,这样会导致板面电子元件的损坏。sn-zn系合金的来源广泛,成本低。由sn-zn二元合金相图,当温度在199℃会形成sn-9zn共晶合金化合物。sn-zn系焊料有着与sn-pb共晶焊料最接近的焰点。zn这种金属的毒性较弱,它的力学性能、机械性能和抗疲劳性能都比sn-pb焊料好,拉伸强度稳定,而且在燥接点处不容易导致电路发生断路。若从合金的物理性能方面考虑,sn-zn系焊料可以替代锡铅焊料。sn-zn合金中锌的含量过高,使sn-zn合金的硬度变大,韧性变低[11-12].

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:ni合金泡沫以及ni合金泡沫增强sn基复合焊料的制备工艺,测量复合焊料的力学性能、熔点等物理性能并观察其显微结构

研究目标:在复合焊料的焊接温度不发生改变的前提下制备新型复合焊料

研究要求:制备各种类型钎料片,观察复合钎料片的显微组织。测试各种类型钎料片的各项物理性能参数并尝试解释焊料强化机理。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,制备各种类型钎料片,观察复合钎料片的显微组织。

第9-13周:测试各种类型钎料片的各项物理性能参数并尝试解释焊料强化机理。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] j.s. hwang, implementinglead-free electronics, mcgraw-hill, new york,2004.

[2]q.b. tao , l. benabou , l. vivet , v.n. le, f.b. ouezdou. effect of ni and sbadditions and testing conditions on the mechanical. materials science amp; engineering a 669(2016) 403–416

[3]徐冬夏,雷永平,夏志东,等.电子组装无铅焊料用助焊剂的研究现状及趋势[j].上海交通大学学报,2007, 41: 53-57.

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