毕业论文文献综述
工程力学
银锡合金在不同应变率及温度下的力学特性
1 材料来源情况
银锡合金是银和锡的二元合金，有AgSnl0，hgSn70，AgSn90，AgSn95和AgSn96.5等牌号。属低温钎料，适用于钎焊温度受限制而又要求较高强度的铜合金等零件。根据其二元相图知，富锡端，由富锡固溶体和Ag3Sn组成共晶体，共晶温度为 221℃，共晶成分含3.5%Ag。该合金熔点偏高，虽然不适用于替代Sn-Pb共晶，但它是替代含铅高温焊料的主要候选材料。
在纯锡中添加少量的Ag有利于提高机械性能，但焊接能力略低于Sn-Pb焊料。金属间化合物Ag3Sn高度分散不仅使锡银合金具有较高的强度，而且有良好的冲击韧性，耐蚀性及良好的电导、热导性能，尤其是抗蠕变能力比Sn-Pb焊料高2000倍 。目前人们对该合金蠕变机制的认识尚有争议，Mathew等认为扩散控制的位错攀移决定蠕变性能，因此Sn-3.5Ag的蠕变机制与纯锡的相同。 Yang等和Liang等则认为Sn-3.5Ag是颗粒强化合金 ，蠕变是Ag3Sn颗粒对位错攀移的阻止引起的。国外有Fry Metal和Heracus等公司应用Sn-Ag焊料。
2 研究历史和研究现状
焊锡接点不但是电路板和电子器件之间传递电信号的媒介，同时还起到机械连接和支撑作用，其破坏将直接导致电子产品失效。近百年来，由于Sn37Pb（含63%锡和37%铅）便于加工、具有良好的力学性能并且成本低廉，被广泛用作微电子封装中的焊锡接点材料。在最近几年，鉴于铅对环境的危害，许多国家已经禁止使用含铅焊料，所以用无铅焊料代替含铅焊料已经迫在眉睫。然而，无铅焊料相比于含铅焊料有很多不足，其中之一就是手机等移动电子产品的跌落冲击可靠性问题。实验表明，无铅焊锡接点比含铅焊锡接点更容易发生破坏，其可靠性有一个数量级的下降；其破坏模式也由含铅焊锡接点的体断裂转移为沿焊锡接点和电路板之间的截面开裂，目前对这种可靠性下降和破坏模式改变的原因尚不十分清楚，但可能与跌落冲击过程中无铅焊锡材料的应变率效应和当时材料的温度有关。
2.1 秦飞 陈娜 胡时胜 利用分离式霍普金森拉压杆技术分别对63Sn37Pb、
96.5Sn3.5Ag以及96.5Sn3.0Ag0.5Cu在600、1 200以及 2 200 s^- 1应变率下的拉伸和压
1
缩动态力学性能进行了测量 ,得到了不同应变率下的应力应变曲线。结果表明:3种材料均具有明显的应变率效应,其中 , 96.5Sn3.5Ag 对应变率较为敏感； 在相同应变率下96.5Sn3.0Ag0.5Cu呈现出最大的屈服应力和抗拉强度。 给出了 2 种无铅焊料抗拉强度、失效点应变与应变率之间的拟合关系。
2.2 秦飞 安彤 采用分离式霍普金森压杆和拉杆实验，研究了含铅Sn37Pb、无铅
Sn3.5Ag和Sn3.0Ag0.5Cu3种焊锡材料在600~2200s^-1应变率下的力学性能，得到了它们在不同应变率下的应力应变曲线。根据实验数据建立了3种焊锡材料的应变率无关弹塑性材料模型和率相关Johnson-Cook材料模型，并用于模型板级电子封装在跌落冲击载荷下焊锡接点的力学行为。结果表明，高应变率下无铅焊料对应变率更敏感，其抗拉强度为含铅焊料的1.5倍，其韧性也明显高于含铅焊料；在跌落冲击过程中，焊锡接点经历的应变率可达到1000s^-1左右；给出的率相关Johnson-Cook材料模型能预测出比率无关的弹塑性模型更合理的应力应变结果。
2.3 秦飞 李建刚 安彤 刘亚男 WANG Yngve 采用应变率相关的 Johnson －Cook材
料模型和率无关的弹塑性模型分别计算了跌落/冲击载荷下焊锡接点的应力及应变，研究应变率对焊锡接点力学行为的影响，预测了焊锡接点的破坏情况，并与动态 4 点弯曲实验结果进行了比较。结果表明: 焊锡材料的应变率效应对电路板的挠度几乎没有影响，但对焊锡接点的应力及应变有较大影响；不考虑应变率效应的弹塑性模型低估焊锡接点的应力值而高估等效塑性应变值；采用率相关的Johnson －Cook 模型能更好地预测焊锡接点的力学行为，能较真实地预测焊锡接点的破坏情况。
2.4 赵小艳 赵麦群 白艳霞 王秀春 王娅辉 研究添加稀土 Ce 对 Sn-Ag-Cu 合金的
力学性能和实用性能的影响，利用光学显微镜、SEM、EDX 对合金的组织、形貌、成分进行分析。结果表明，在Sn-Ag-Cu 系无铅焊锡中添加稀土Ce可以细化合金组织，使合金成分分布更加均匀；稀土Ce的添加可以明显提高合金的延伸率；添加Ce后延伸率提高了6.1 %，从而使力学性能大大提高；适量稀土的加入使焊料与基体结合更加紧密，外观平整，对合金的实用性能有很大提高。
3 发展动向和趋势
随着电子工业中微细间距器件的发展，组装密度愈来愈高，焊点愈来愈小，而且所承受的力学、电学和热学负荷愈来愈重，对焊料可靠性要求日益提高。现在对焊料力学性能的研究已经比较深入，电学和热学性能的研究还比较少。本实验研究的焊锡材料是银锡合金，主要研究它在不同应变率及温度下的力学性能。采用的仪器是霍普金森杆。
2
4 主要参考文献：
[1]A.M. Lennon And K.T. Ramesh, A Technique For Measuring The Dynamic Behavior Of Materials At High Temperatures,International Journal Of Plasticity, Vol. 14, No. 12, Pp. 1279-1292, 1998.
[2]W.R. Blumenthal,Et Al, Compressive Properties Of Pbxn-110 And Its Htpb -Based Binder As A Function Of Temperature And Strain Rate,12th International Detonation Symposium,August 11 - 16th, 2002,San Diego, California,Usa.
[3]Chen W, Lu F, Frew D J, Forrestal M J. Dynamic Compression Testing Of Soft Materials. Transactions Of The Asme, Journal Of Applied Mechanics, 2002,69: 214-223.
[4]O.S.Lee And M.S.Kim, Dynamic Material Property Characterization By Using Split Hopkinson Pressure Bar (Shpb) Technique,Nuclear Engineering And Design 226 (2003) 119–125.
[5]Han Zhao, Material Behaviour Characterisation Using Shpb Techniques, Tests And Simulations, Computers And Structures, 81 (2003) 1301–1310.
[6]Donald R. Lesuer, Experimental Investigations Of Material Models For Ti-6al-4v Titanium And 2024-T3 Aluminum,Dot/Faa/Ar-00/25.
[7]N. S. Brar And Vasant S. Joshi, Dynamic Characterization Of Compliant/Brittle Materials Using Split Hopkinson Bar, AIP Conference Proceedings, vol. 620, iss. no. 1, p. 1323-1326.
[8] Lee, Ouk Sub, et al. Dynamic Deformation Behavior of Rubber under High Strain Rate Compressive Loading International Journal of Modern Physics B, Volume 17, Issue 08-09, pp. 1415-1420 (2003).
[9]李红姬，张万喜，孙国恩，陈广义，徐之光，崔岩，功能材料，36 (2005): 437-440. [10]王礼立，杨黎明，《冲击动力学进展》，王礼立，余同希，李永池编，中国科技大学出版社，合肥(1992)，88-116.
3
银锡合金在不同应变率及温度下的力学特性【文献综述】
