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高可靠性無鉛合金用于提升關鍵應用的性能

2022-01-07 17:54:20

日益復雜的合金冶煉技術,以及人們對電子產品功能和性能的要求逐漸提升,這些因素均使到電子產品的設計趨向新穎和小型化。因此,更高的 I/O 密度、更細的間距和更小的封裝尺寸也正在改變對無鉛焊接合金的要求。所需的焊接合金需要具備比SAC305 合金具有更好的熱可靠性以及機械可靠性,但是根據不同的應用,其熔融溫度要比SAC305 合金更低、相似或更高。本文將通過進行單軸拉應力測試(在不同溫度和應變速率下)和蠕變測試來找出各種高可靠性焊接合金的特征。合金添加劑用于控制金屬間化合物的生成和微觀結構強化。主要的合金添加劑會影響熔融特性和整體機械性能,而次要的合金添加劑則會影響質量擴散率和其熱傳導可靠性。均勻分布的金屬間化合物能夠最大程度地減低錯位和變形的出現,從而增加合金焊接強度。


與SAC305合金相比,這篇文章所講解的高可靠性和超高可靠性合金表現出優異的機械性能。通過在室溫和 150oC,與 10-4 至 5/s 的應變速率下進行單軸拉應力測試,探討了溫度和應變速率對這些機械特性的影響。由于較高的對應溫度比,預計在高達 150oC 的熱循環過程中,合金的變形將受蠕變影響。因此,高溫蠕變測試是用來計算這些合金在應用中的熱機械性能和長期可靠性。由于這些合金的熔融特性,其熔化溫度的范圍相當廣泛,因此它們適合用于各種應用,例如熱敏封裝的組裝、汽車引擎蓋、半導體、LED 和電力電子設備。


實驗研究

基于上述要求,我們找來了一些適用的合金:

image.png

我們對這些合金進行了各種比較,例如極限拉應力強度、屈服強度以及抗蠕變性。


高溫抗蠕變性結果如下所示:

image.png

我們觀察到,合金 5 的數值比 SAC305 大四倍,比合金 2,3 和 4 大 40%。區別之

一是合金 5 的 Sb 含量較高,這有助于通過 SbSn 顆粒的形成進行固溶和沉淀硬化。

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