摘 要

近年来随着电子工业的迅速发展，电子封装材料的质量在很大程度上决定了电子封装的可靠性，因而各方面性能优良的电子封装钎料的研究变得尤为重要。目前，Sn-Ag合金作为众多无铅钎料中的代表，其优异的性能成为传统锡铅钎料的最佳替代品。

本文以Sn-3.5Ag共晶合金为实验对象，借助光学显微镜OM、SEM、XRD、电子探针EMPA、DSC等测试手段，将冷压延与快速凝固制备Sn-Ag共晶钎料薄带进行显微组织、物相成分、熔化和凝固特性、焊接强度和润湿性能等多方面的对比分析。

主要研究结论：（1）冷压延和快速凝固制备Sn-Ag共晶合金薄带相比，快速凝固钎料在极大的冷却速率下，提高了Ag₃Sn相的形核率，对共晶合金薄带显微组织产生了很大影响，获得的组织更加均匀细小；熔化特性测试结果显示，快速凝固钎料固液相线温度降低，且熔化温度区间减小。（2）剪切强度测试中，快速凝固钎料为35.23MPa，高于冷压延钎料32.65MPa；润湿性能测试结果为快速凝固钎料润湿面积31.8mm²，冷压延钎料28.1mm²，在镀金板上润湿性有明显提高。

关键词：快速凝固；Sn-Ag共晶合金；钎料；电子封装

Abstract

In recent years, with the rapid development of electronics industry，the quality of electronic packaging materials determines the reliability of electronic packaging to a large extent. The research on electronic packaging solder with excellent performance becomes particularly important. Now, Sn-Ag based solder as the represent of the lead-free solder recognized by the industry has become the best alternative of traditional tin-lead solder because of their excellent performance .

In this paper, Sn-3.5Ag eutectic alloy was investigated. Compared several properties such as microstructure, phase composition, melting and solidification characteristics, wetting, welding intensity of Sn-Ag eutectic solder thin belt prepared by cold rolling and rapid solidification, respectively，with test instruments of SEM, XRD, EPMA, DSC and MTS ceramics test systems.

The main conclusions are followed: (1) Preparation of cold rolling and rapid solidification eutectic Sn-Ag solder alloy strip, due to rapid solidification solder in the larger cooling rate, more fine and uniform structure were obtained, elemental composition distribution of Sn and Ag were more uniform, while increasing the solubility of Ag in Sn; melting characteristics of the test results show that solid-liquid phase temperature of rapidly solidified solder is lowered, and the melting temperature range is reduced. (2) Rapid solidification of solder and solder cold rolling shear strength was 35.23 MPa and 32.65 MPa, shear strength increased by 7.3%; wettability test results show that rapid solidification and cold rolled solder wetting area were 31.8mm² and 28.1mm², wettability of rapid solidification in gold-plated plate solder has improved significantly.

Key words: Rapidly solidification; Sn-Ag eutectic alloy solder; Solder; Electronic Packaging

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1电子封装技术 1

1.2 传统共晶Sn-Pb钎料 1

1.3 Sn-Ag钎料的发展与研究现状 2

1.3.1 无铅钎料研究进展 2

1.3.2 Sn-Ag系无铅焊料 3

1.4 快速凝固技术 4

1.4.1 快速凝固技术简介 4

1.4.2 快速凝固的几种常用方法 5

1.4.3 发展快速凝固技术的意义 5

1.4.4 快速凝固有待解决的问题 6

1.5 研究目的与内容 7

1.5.1 研究目的 7

1.5.2 研究内容 7

第2章 实验方法 8

2.1 钎料合金的制备 8

2.2 钎料薄带的制备 8

2.2.1 冷压延制备工艺 8

2.2.2 快速凝固技术制备工艺 9

2.3 显微组织观察及性能测试 9

2.3.1 金相制备及观察 9

2.3.2 扫描电镜显微分析 10

2.3.3 X射线衍射分析（XRD） 10

2.4 熔化性能和焊接性能测试 10

2.4.1 熔化特性及凝固特性分析（DSC） 10

2.4.2 润湿性测试 10

2.4.3 焊接强度测试 11

第3章 实验结果与分析 12

3.1显微组织及物相对比分析 12

3.1.1 快速凝固与普通凝固对比分析 12

3.1.2 冷压延与快速凝固对比分析 15

3.2电子探针微区形貌及成分对比分析 17

3.3 差示扫描量热法对比分析 18

3.3.1熔化特性对比分析 20

3.3.2 凝固特性对比分析 20

3.4 焊接强度对比分析 21

3.5润湿性能对比分析 22

第4章 结论 23

致 谢 24

参考文献 25

第1章 绪论

1.1电子封装技术

电子封装技术是指将各种不同的半导体元件，利用可塑性绝缘介质按照规定的要求使其固定在基板或框架上，从而装配成独立系统或整机的工艺技术^[1]。电子封装技术对生活中各类电子机器的性能都有着重要的影响，同时也对电子机器的小型化、多功能化和使用寿命起到了决定性的作用。

电子封装的发展自1947年晶体管的出现为起点，其发展历程主要分为以下四个阶段^[5]：第一阶段，上世纪五六十年代的TO时代；第二阶段，70年代为DIP，主要代表是双列直插式引线封装；第三阶段，80年代主要是QFP（方形扁平式封装技术）和SMT（表面贴装技术），此时大规模的集成电路已经出现，一个芯片可集成上万甚至上十万的晶体管；第四阶段，90年代发展为BGA（焊球阵列封装）和MCM（多芯片组件封装），此阶段中，电路的集成度不断提高，产品的整体尺寸显著地减小，发展为超大规模的集成电路。

目前，新的封装形式伴随着电子产品的发展也开始层出不穷，全新的封装技术也在不断提高。与此同时，电子封装技术的不断进步与发展也促进了电子设备和集成电路的发展，导致了电子产品在近些年获得了巨大的进步，两者有着密切的不可分割的紧密联系。而且伴随着时代的进步，电子产品逐渐走向小型化和高性能化，这样对封装材料就有了更高的要求。

1.2 传统共晶Sn-Pb钎料

传统的Sn-Pb钎料由于其熔点低（183℃）、在基板上润湿性能好、使用方便、焊接性能好并且价格低廉等优势，长期以来都被作为最实用的低温钎料被广泛使用。研究表明，Pb在Sn-Pb钎中有如下作用^[3]：

1. 提供延展性；
2. 降低表面张力和界面能，使其具有较好的润湿性；
3. 含铅量高的钎料，可适用于高温钎焊；

（4） 能够促使钎料与焊件在短时间内完成焊接。