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电子封装工业中波峰焊是一种主要的工艺,目前在波峰焊过程中,液态锡焊料的氧化渣问题比较严重,由于氧化产生的表面浮渣不仅造成严重的锡耗,而且也会影响焊接接头的可靠连接。随着电子封装无铅化进程的发展,多数无铅焊料的熔点更高,比重变小。这就使液态焊料的氧化问题变得更加突出,而这一问题的核心是锡的氧化。因此如何有效地减少液态锡的氧化已成为一个亟待解决的问题。本文对此进行了系统的研究,包括液态锡表面的氧化行为,液态锡表面氧化膜组成与结构,添加微量合金元素减少液态锡的高温氧化,并对这些微量元素提高液态锡的抗氧化能力的作用机理进行了讨论。
本文采用合金化的方法分别引入微量元素Ge和P,研究他们对液态金属锡氧化行为的影响,并采用多种实验手段如X-rayDiffraction(XRD)、激光Raman光谱、X-rayPhotoelectroucSpectrum(XPS)等分析手段研究氧化后液态锡表面氧化膜的结构及化学组成;分析微量元素在表面的分布及作用机理。
实验结果表明:在大气和250℃条件下,液态金属锡表面最先产生四方结构的SnO其晶体取向具有(001)织构,随着加热温度的升高,有部分已生成的SnO转化为Sn3O4和SnO2;添加微量的Ge或P均对液态锡的抗氧化行为具有十分显著的改善作用,同时这些微量元素存在一个最佳加入量,过量加入反而会降低液态合金的抗氧化性能;高温氧化后微量元素在表面氧化膜中具有明显富集,它们的存在和作用提示,它们在液态表面生成一层致密的具有保护性的复合氧化膜。