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Keywords: lead-free solder, fracture mechanism, solder joint strength, mechanical properties, thermal cycling test.
目录
摘要3
Abstract4
第一章绪论8
1.1引言8
1.2钎焊技术与表面组装技术（SMT）的联系.8
1.3铅的危害和禁铅法令9
1.4无铅钎料的性能要求10
1.5无铅钎料的研究现状10
1.6本课题研究的内容和目的12
1.6.1本课题研究的主要内容.12
1.6.2本课题研究的目的.12
第二章试验过程及研究方法13
2.1研究方法13
2.2钎料合金的成分设计与制备13
2.3.焊点力学性能测试14
2.3.1电子器件的钎焊.14
2.3.2焊点力学性能的试验.15
2.4焊点热循环试验17
2.5钎料基体组织制备及显微观察18
2.5.1钎料基体组织制备.18
2.5.2焊点界面组织分析.19
第三章SnCuNi-xNd无铅钎料焊点性能和组织分析.20
3.1稀土Nd焊点抗剪强度的影响.20
3.2稀土Nd对焊点抗拉强度的影响.错误！未定义书签。
3.3稀土Nd对SnCuNi-xNd焊点组织影响22
第四章热循环对SnCuNi-xNd无铅钎料组织和性能的影响29
4.1热循环对焊点抗剪强度的影响29
4.2热循环对焊点抗拉强度的影响30
4.3SnCuNi-xNd钎料焊点断裂机制分析31
第五章结论与展望33
5.1结论33
第一章 绪论 1.1引言 21 世纪是电子信息的时代，电子信息技术得到了巨大的飞跃发展。在该背景下世界各国都制定了自己的电子信息产业的发展战略规划，而我国在“十二五”计划中提出了重点发展集成电路生产设备，太阳能电池生产设备，新型元器件生产设备，通信与网络测试仪器，半导体和集成电路测试仪器等领域。 钎焊是实现电子元器件与基板之间的连接的主要手段之一。钎焊是现代社会生产中使用最为广泛的焊接技术之一[1-3]，使用钎焊时母材不会被熔化，通过经熔化的钎料润湿并填满与母材之间的间隙，母材被熔融的钎料溶解后，与钎料发生反应，从而牢固连接。和其它的焊接方法相比，钎焊使用所需要的温度相对来说较低，能够一次性焊接多条焊缝，并且所得的焊缝变形小，接头光滑平整且气密性好，适和用来焊接精密、复杂的构件。随着当今时代科学技术的发展，钎焊在电子封装和组装中发挥着不可替代的作用[4]，因此我们需要研究该一课题。 1.2钎焊与SMT的联系 目前电子组装行业里最常用的技术和工艺是是表面组装技术（又称为表面贴装技术），英文名为 Surface Mounted Technology，缩写为 SMT。SMT 技术具有重量轻，可靠性高、抗振能力强、组装密度高、电子产品体积小、焊点缺陷率低、高频特性好等优点。是一项综合性工程技术。焊接技术是决定电子产品最终质量的关键。而目前人们采用的主要焊接方式是钎焊。在 SMT 中采用的是软钎焊技术，软钎焊的钎料熔点低于 450°C，接头强度较低（小于70 MPa）。以锡铅合金作为钎料的锡焊最为常用。软钎料一般需要用钎剂，以清除氧化膜，改善钎料的润湿性能。
按照熔融钎料的供给方式进行分类，我们可以将软钎焊技术分为波峰焊和再流焊。波峰焊是让插件板的焊接面直接与高温液态锡接触并进行焊接。在焊接过程时，其高温液态锡保持一个倾角，经过特殊装置的处理，最终使液态锡形成波浪形。 近年来随着技术的进步，微电子电路集成度有了极大的提高。市场上使用的集成电路中的焊点的一般都在数百以上。而在巨型计算机甚至能达到上万个。器件的焊点虽然越来越精细，但是却直接影响到电子元件的使用。若是有焊点失效，有可能直接对整个元件造成使用影响[5]。因此，随着电子产业的飞速发展，电子产品焊接技术在产品中有着越来越高的重要性，与此同时钎焊技术也将面临更高要求的挑战。 1.3铅的危害和禁铅法令 铅是一种对人体危害极大的有毒重金属[6-7]，因此铅及其化合物进入机体后会对人体内各个组织器官造成巨大的危害，若含量过高则会引起铅中毒。随着工业市场的迅速发展，铅被广泛应用到各行各业，铅对环境的污染越来越重，对人体的健康危害也越来越大。目前铅主要是通过食物、饮用水、空气等方式影响人铅作为有毒的重金属，对自然环境污染也比较严重。近年来我国各地频发的重金属污染事件中就有多起属于铅污染。铅污染主要通过大气、水源、土壤等对人体和自然环境造成污染。工业中铅污染源除了工厂直接排放超标的铅污染气体、含铅超标的废水和废渣外，还有电子产品报废后进行掩埋，直接污染土壤，地下水等，从而进入人体。（图 1.2）。 随着科学技术的不断发展，人类的环境保护意识也逐渐增强。而在传统电子行业中大量使用的 Sn-Pb 钎料由于 Pb 对人体的毒性，