《Sn-Ag-Zn系無鉛焊料》介紹了無鉛焊料的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀，并重點以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)處理和顆粒增強相引入等各因素對其組織形成過程和性能的影響，比較了不同焊料合金的強化機理和斷裂機理，并在此基礎(chǔ)上采用時效處理模擬了焊點的服役過程，揭示其組織演化規(guī)律；同時，結(jié)合保溫時間及以上因素對Sn-Ag-Zn系焊料合金與基板的連接界面的影響機理、連接界面處金屬間化合物的形成過程進行了系統(tǒng)闡述�！禨n-Ag-Zn系無鉛焊料》可供從事新材料研究、無鉛焊料生產(chǎn)和電子封裝等專業(yè)科研人員、工程技術(shù)人員和高等學院相關(guān)專業(yè)的師生閱讀參考。
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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，圍繞著提高性能、降低成本的無鉛焊料的研發(fā)工作一直在進行，但許多相關(guān)專利仍由外國把持，因此對于從事無鉛化研究較晚的中國電子行業(yè)，研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無鉛焊料具有重要意義。為促進我國無鉛化產(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，應(yīng)當深入系統(tǒng)地進行基礎(chǔ)理論研究。
本書對電子產(chǎn)業(yè)無鉛化3年以來無鉛焊料研究所面臨的問題進行了翔實、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)量分數(shù)）焊料合金為例，通過成分設(shè)計與工藝相結(jié)合，研究了多種影響因素對合金組織和性能的影響機理，并以此為依據(jù)，以達到提高電子產(chǎn)品的連接可靠性，促進我國電子制造企業(yè)突破無鉛焊料國際專利和電子產(chǎn)品綠色保護壁壘，節(jié)省昂貴的國際專利使用費用，從而提高電子產(chǎn)品的國際競爭力的目的。全書共分8章，首先介紹了無鉛焊料研究背景，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)處理和顆粒增強相引入等各因素對Sn-Ag-Zn系無鉛焊料的組織形成過程及其與Cu基板連接界面的形成過程，最后比較了各個影響因素對Sn-Ag-Zn系無鉛焊料性能的影響。
前言
第1章 無鉛焊料的研究發(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需要發(fā)展無鉛焊料
1.2 環(huán)境立法禁止含鉛焊料的使用
1.3 無鉛焊料的發(fā)展進程
1.3.1 無鉛焊料的性能要求
1.3.2 主要無鉛焊料體系
1.3.3 無鉛焊料的微合金化
1.3.4 無鉛復合焊料
1.4 無鉛焊料的研究熱點
1.4.1 無鉛焊料／金屬連接界面
1.4.2 電子遷移
1.4.3 機械性能
1.5 Sn-Ag系無鉛焊料的研究與發(fā)展
1.5.1 Sn-Ag系無鉛焊料的力學性能
1.5.2 Sn-Ag系無鉛焊料的凝固過程
1.5.3 新組元對Sn-Ag系無鉛焊料的影響
1.5.4 復合Sn-Ag系無鉛焊料的研發(fā)
1.6 Sn-Ag-Zn系無鉛焊料的研究現(xiàn)狀
參考文獻
第2章 二元Sn-Ag系焊料合金組織形成規(guī)律
2.1 冷卻速率對凝固過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相體積分數(shù)的確定
2.2.4 緩冷凝固過共晶Sn-Ag系焊料合金中塊狀金屬間化合物Ag-Sn相的生長
2.3 高溫時效過程組織穩(wěn)定性分析
2.3.1 緩冷凝固Sn-3.5 Ag焊料合金高溫時效過程的組織演化
2.3.2 水冷Sn-3.5 Ag焊料合金高溫時效過程的組織演化
2.3.3 水冷Sn-3.5 Ag焊料合金中金屬間化合物Sn-Ag相長大驅(qū)動力的確定
2.3.4 塊狀金屬間化合物Ag3Sn相的生長過程
2.3.5 水冷Sn-Ag焊料合金的熱穩(wěn)定性分析
參考文獻
第3章 Sn-3.7 Ag0.9 Zn共晶焊料合金組織形成規(guī)律
3.1 冷卻速率對組織形成過程的影響
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焊料合金凝固過程分析
3.2 時效過程的組織穩(wěn)定性
3.2.1 室溫時效
3.2.2 高溫時效
3.3 連接界面組織分析與形成機理
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界面形成機理
參考文獻
第4章 成分配比對三元Sn-Sn-Zn系焊料合金凝固過程的影響
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含量變化對平衡凝固過程的影響
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含量變化對平衡凝固過程的影響
4.3 連接界面形成機理
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
第5章 微合金化對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織形成的影響
5.1 In
5.1.1 In的加入對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
5.1.2 高溫時效對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
5.2 A1
5.2.1 Al的加入對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
5.2.2 高溫時效對Sn-3.7 Ag-xZn-xAl焊料合金組織的影響
5.3 Bi
5.3.1 Bi的加入對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
5.3.2 Bi的富集區(qū)形成過程分析
5.4 與Cu基板連接界面形成機理
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
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Sn-3.7 Ag-xZn料合金平衡組織的影響
6.1.2 高溫時效對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Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金水冷組織的影響
6.2.2 高溫時效對Sn-3.7 Ag-xZn-xCe焊料合金水冷組織的影響
6.3 錫須的形成與機理
6.4 Ce變質(zhì)對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
第7章 顆粒增強相對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
7.1 SiC顆粒增強相
7.1.1 SiC顆粒引入對Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
7.1.2 高溫時效對Sn-3.7 Ag-xZn-xSiC復合焊料組織的影響
7.1.3 S：C顆粒引入對Sn-3.7 Ag-xZn／Cu界面化合物層的影響
7.2 Cu顆粒增強相
7.2.1 Cu顆粒引入對平衡凝固Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
7.2.2 Cu顆粒引入對水冷態(tài)Sn-3.7 Ag-xZn焊料合金組織的影響
參考文獻
第8章 不同Sn-Ag-Zn系焊料合金的性能評價與斷裂機理分析
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復合焊料
8.1.5 Sn-Ag-Zn系焊料合金強化機理
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焊料合金的抗拉強度
8.2.2 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xAl焊料合金斷裂機理
8.2.3 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xBi焊料合金的抗拉強度
8.2.4 Sn-3.7 Ag-0.9 Zn-xCe焊料合金的抗拉強度
8.3 Sn-Ag-Zn系焊料合金的熔點和潤濕性能
參考文獻
焊接是指加熱焊料合金使其熔化，而母材不熔化，通過母材與焊料合金之間的溶解、擴散、凝固和反應(yīng)過程來實現(xiàn)冶金學連接的一種技術(shù)，其成功使用已有兩千多年歷史。
在現(xiàn)代電子連接與裝配工業(yè)中，利用熔點低于698K的填充金屬——焊料合金來進行低溫焊接已經(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。在這項技術(shù)中，作為連接材料，焊料合金通過與電子元器件的引腳及電路導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電、導熱和機械連接，因此焊料合金的性能直接影響著焊接的可靠性，進而決定著整個電子設(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)境保護意識的提高和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無鉛焊料的研究與應(yīng)用已成為全球熱點。對于作為電子制造大國的中國來說，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型無鉛焊料具有非常重要的意義。
1.1 電子器件微型化迫切要求發(fā)展無鉛焊料
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)展成相互獨立的三大產(chǎn)業(yè)，即微電子封裝、集成電路設(shè)計和晶圓生產(chǎn)L4），其中微電子封裝及組裝互連技術(shù)（簡稱微電子封裝技術(shù)）是指從封裝芯 片開始到最后插裝電路板的三級封裝過程。將芯片封裝成單芯片組（single chip module）和多芯片組件（multilayer.chip module）為一級封裝；將一級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）為二級封裝；再將二級封裝插裝到電路板上組成三級封裝。
在這三級封裝工藝中，焊料合金在一級封裝和二級封裝過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。如圖1。1所示，在一級封裝工藝中，焊料合金作為搭接材料，將芯片和基板連接在一起，起到機械和電氣連接的作用，同時也是半導體器件散熱的途徑。
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