[01074113]微电子元器件微连接用高强度高可靠性绿色无铅钎料研究

本项目属材料科学与工程领域。随着人们环保意识的增强和现代电子产品小型化、轻量化和多功能化对微连接焊点的更高工作要求，使得传统的SnPb钎料已难以满足使用要求。项目以传统的SnPb钎料和现行商用Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料为参照系，以开发和目前微连接工艺、助焊剂匹配且可焊性良好、性价比适中的微电子元器件微连接用高强度高可靠性绿色无铅钎料为研究目标，借助于合金化方法，通过对Sn基二元、三元无铅钎料合金系的筛选，重点研究了我国独具特色的低银SnAgCuRE系无铅钎料的成分设计、制备方法及工艺，物理化学性能、力学性能与组织，与实际表面贴装元器件及紫铜基板的润湿适配性，基于无铅钎料的钎焊工艺、焊点形态、焊点的时效和蠕变特性，基于无铅钎料的微连接焊接生产及工业应用等方面内容。项目技术构思新颖，在高强度高可靠性低银Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料设计开发、添加微量Ni提高低银Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料的韧性及其焊点蠕变断裂寿命、以润湿力表征无铅钎料润湿特性、添加微量RE改变无铅钎料焊点界面区组织形态以控制焊点可靠性等研究方面有创新。开发的新型Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料经国家相关资质部门检测，与同类产品相比，具有较高性能，如钎料拉伸强度、延伸率分别达46.5MPa、34.2%，焊点剪切强度达40.8MPa、焊点蠕变断裂寿命为商用Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料的5.1倍，开发的无铅钎料制备方便、性价比适中，其制造工艺及其性能居国内领先水平，完全能满足现代电子产品绿色制造微连接使用，并有望成为现代微电子连接用绿色无铅钎料产品之一。本项目已获《高强度高韧性含镍SnAgCuRE无铅钎料及制备方法》、《一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法》等国家发明专利5项；出版《电子装联中的无铅焊料》、《无铅钎焊技术与应用》和《特种先进连接方法》等学术专著3部。低银Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料经在洛阳普天信息技术有限公司、北京中科联发电子有限公司、北京泰通照明技术有限责任公司、洛阳豪斯莱能源科技有限公司和洛阳希诺能源科技有限公司等企业生产的绿色环保型电子产品如数码相机、电话机和环保节能型家电产品冰箱、空调等印制线路板(PCB)制造上应用表明，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料微连接工艺性良好，焊点成型美观、一次合格率(达97%)和可靠性高。新型绿色无铅钎料的使用不仅减少了Pb的排放，而且降低了生产成本，同时还提升了电子产品的市场竞争力，扩大了钎料的适用范围，带来具大的经济效益和社会效益。本项目在上述单位应用后新增产值11970万元、新增利润1197万元。本研究成果具有广泛的适用性，项目的实施有利于环境保护，将对我国独具特色绿色无铅钎料系列产品的开发和相关电子产品质量的提高有重要的理论意义和应用价值，经济与社会效益明显。