文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028706 13-S038
学科分类号:080502

硕士学位论文

电子封装用 Sn-Zn 无铅钎料专用
助焊剂研究

研究生姓名韩若男
学科、专业材料学
研究方向微电子焊接技术
指导教师薛松柏教授

南京航空航天大学
研究生院材料科学与技术学院
二О一三年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Materials Science and Technology

Development of Special Flux Matching
Sn-Zn Lead-free Solder for
Electronic Packaging

A Thesis in
Materialogy

by
Han Ruonan
Advised by
Prof. Xue Songbai

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

March, 2013
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论
文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南
京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编
入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、
汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)

作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文

摘要
Sn-Zn 系无铅电子封装钎料由于具有熔点与 Sn-37Pb 接近、成本低以及良好的焊点力学性
能等优点成为目前最具潜力的无铅钎料之一。但是,Sn-Zn 合金钎料中 Zn 元素的存在导致合金
润湿性及抗氧化性等方面的不足,阻碍了该合金的推广应用。为解决这些问题,一方面,通过
微合金化的方式改善钎料合金的性能;另一方面,通过研究和开发与 Sn-Zn 配套使用的助焊剂
改善钎料的润湿性问题。
本文首先研究了化学成分丁二酸、二乙醇胺、甲磺酸亚锡、TX-10、邻苯二酚以及聚乙二
醇、二甘醇、乙醇的添加量对 Sn-Zn 系无铅钎料润湿性的影响规律;然后根据正交试验结果得
到 Sn-Zn 钎料的专用助焊剂最佳配方;还研究了配合最佳配方 Sn-Zn 专用助焊剂对焊点力学性
能及可靠性等方面的影响,并分析了助焊剂的作用机制。
研究发现,自制 G8 组 Sn-Zn 专用助焊剂为最优配方助焊剂,配方为丁二酸 10wt.%、二乙
醇胺 8 wt.%、甲磺酸亚锡 20wt.%、TX-10 wt.%、邻苯二酚 wt.%以及聚乙二醇 30 wt.%、
乙醇 20 wt.%、二甘醇 10 wt.%。相比市售助焊剂,自制最优 G8 组助焊剂不含卤素,匹配 Sn-Zn
系无铅钎料进行钎焊时,钎料的润湿性能改善显著,焊点规整,光亮,基本无残留物,Sn-Zn
钎料在铜基板上的铺展面积最大为、润湿力最大为 ,润湿时间最短为。
另外,自制最优助焊剂也能明显改善 Sn-Cu-Ni、Sn-Ag-Cu 钎料的润湿性能,但改善效果略低于
Sn-Zn。
自制最优 Sn-Zn 专用助焊剂性质稳定,呈现白色膏状,具有良好的触变性,搅拌后变为质
地均匀、流动性良好的稀膏液;粘性、不挥发物质含量均符合标准、基本无腐蚀性、PH 值等
于接近中性、具有较高的绝缘电阻。
配合自制最优助焊剂进行钎焊时,能够减少 Sn、Zn 的氧化倾向,有效去除基板与液态熔
体钎料之间的油污及杂质,降低界面间气孔的形成几率,细化 Sn-Zn/Cu 焊点界面组织,抑制
Sn-Zn/Cu 基板界面处金属间化合物层厚度的增加。显著提高 Sn-Zn/Cu 接头焊点的力学性能,
接头焊点抗剪强度最大为 ,相比配合树脂型助焊剂、水溶性助焊剂、ZnCl2-NH4Cl 助
焊剂,分别提高了 %,%,%;接头焊点抗拉强度最大为 ,相比配合树
脂型