快速凝固Sn-Ag-Cu钎料的物理性能及力学性能研究开题报告

全文总字数：3291字

1. 研究目的与意义（文献综述）

现如今，随着科技的发展，现代制造业对于电子器件的要求越来越高，不仅追求其具有良好的优异的性能，还对其绿色环保等生态问题也有所考虑，而用于器件焊接工艺的传统钎料sn-pb由于pb及其化合物对人体、环境产生的危害，已经被各个国家纷纷立法禁止使用。由此，对于无铅焊料的研究成为当前国际研究热点之一。在诸多无铅焊料中，sn-ag-cu系由于其不含易挥发性元素、铜基钎料连接强度高等诸多理化性能，被认为是传统波峰焊和回流焊工艺中最有前途的焊料。但随着研究的不断发展与深入，sac钎料在使用过程中产生的板条状粗大的ag₃sn相，使得其流动性能差难以加工成型、导致焊点抗冲击性能抗跌落性能显著降低；界面imc层生长较快导致焊点失效；熔点过高；高银量使得成本增加市场竞争力弱等诸多因素也阻碍了sac钎料的进一步发展。

近年来，采用双辊急冷快速凝固的方法制备的共晶钎料薄带得到了广泛的研究与应用。与采用常规方法所制备所得的常态钎料相比，经快速凝固所制备得的钎料薄带中高熔点组元相（ag₃sn、cu₆sn₅）含量相对减少，而低熔点相sn含量显著增加，使得熔点降低；焊料的微观组织结构由白色点状物sn₃ag相、不规则的棒状组织cu₆sn₅和黑色基体β-sn组成，且三者均匀、致密地分布在金属组织中，使得焊料湿润性能良好；双辊快速凝固法制备的薄带采用的是过冷的金属熔体，仍然保持着化学成分的均匀性，根据结晶理论可知，晶粒大小取决于生长速率与形核率的相对值，由于快速凝固过程过冷度相对较大，形核率随之提高，导致晶粒尺寸较小、晶核较多，因此钎料薄带的晶粒细小均匀，强度和塑性有所提高；此外，还有合金化程度较高、化学成分均匀等优点。

快速凝固钎料的钎焊接头由β-sn相与金属间化合物形成的共晶组织组织组成，较常规方法所得的接头组织相比较，界面呈扇贝状的cu₆sn₅层的边缘比较平滑，也未出现粗大的、伸向钎料的棒状组织，界面imc层厚度明显减小，这表明焊点的界面区产生的裂纹倾向较小，这有助于焊点韧性的提高和增强连接的有效性。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

（1）研究快速凝固辊线速度、浇筑温度、喷嘴形状和尺寸等工艺参数对SAC305共晶钎料薄带形成性能的影响；

（2）分析快速凝固SAC305共晶钎料的组织结构、物相组成、成分分布、熔化特性、润湿性能和焊接性能。

2.2 研究目标

本课题以制备组织性能良好的 SAC305 共晶钎料薄带为目标，完善双辊快速凝固装置，确定最佳工艺参数。

2.3 技术方案

（1）通过双辊快速凝固装置制备表面质量较好、厚度均匀的钎料薄带，并冲裁成预成型焊片；

（2）通过加热台钎焊制备焊点；

（3）通过金相观察、EDS、SEM、EPMA、XRD 等测试方法，对钎料及焊接界面 IMCs 进行物相及显微组织分析；通过电子万能拉伸实验机对焊点进行焊接强度测试；通过 SEM 测试方法对断口形貌进行显微组织分析。

技术路线如图1所示。

图1技术路线

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4－6周：按照设计方案，制备快速凝固sac305合金钎料薄带。

第7－11周：采用om、dsc、sem、eds、拉伸试验机等测试钎料的加热特性、冷却特性、润湿性、抗拉强度、显微断口组织结构等。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] tu x, yi d, jing w, et al. influence of ce addition onsn-3.0ag-0.5cu solder

joints: thermal behavior,microstructure and mechanical properties [j]. journal

of alloys compounds, 2016,698:317-328.