SnAgCuY系稀土无铅钎料显微组织与性能研究

研究了添加微量稀土Y对Sn3．8Ag0．7Cu钎料合金显微组织和性能的影响,通过对钎料的熔化温度、润湿性能、接头剪切强度的测试及显微组织观察,指出含微量稀土的SnAgCuY合金是性能优良的无铅钎料合金,同时确定了最佳的Y含量范围。

电子组装用SnAgCu系无铅钎料合金与性能

论述无铅钎料替代的紧迫性,综述无铅钎料的发展现状,特别讨论了以SnAgCu三元系合金为代表的无铅钎料的特点与优势。SnAgCu三元钎料合金在一个较大成分范围熔化温度都接近共晶温度,在SnAgCu钎料合金中添加微量La、Ce混合稀土,构成新的四元合金,既能保持SnAgCu钎料的优良物理性能及钎焊工艺性能,又能显著提高SnAgCu合金的抗蠕变性能及服役可靠性,同时钎料成本低廉,具有自主知识产权,在钎料的生产和使用上将免于国外专利的困扰,为国内钎料生产企业提供了有竞争性的无铅焊料合金。另外,采用微米／亚微米颗粒,可进一步增强无铅钎料的抗蠕变性能及组装接头的尺寸稳定性,可满足光通讯、宇航、汽车等电子设备制造的特殊要求。

电子组装用SnAgCu系无铅钎料的研究进展

SnAgCu钎料广泛应用在电子组装领域,被认为是传统SnPb钎料的最佳替代品。但与Sn63Pb37钎料相比,SnAgCu钎料抗氧化能力差,钎料内部及焊点界面存在脆性金属间化合物块及服役期间焊点抗蠕变、疲劳性能较低。添加合金元素和纳米颗粒可以显著改善SnAgCu钎料的组织和性能,提高焊点可靠性。这对发展新型高性能无铅钎料是一个行之有效的办法。本文结合国内外SnAgCu系无铅钎料的最新研究成果,全面阐述了合金元素和纳米颗粒等因素对钎料的润湿性、抗氧化性以及焊点显微组织和可靠性的影响,指明了该钎料目前研究中存在的问题及今后的研究方向。

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料合金显微组织和性能的影响。试验发现,微量Er的添加,使Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金的熔化温度稍有降低,铺展面积有所增加,抗剪强度有所提高。通过显微组织观察,加Er后网状共晶物体积百分比增大,初晶金属间化合物(IMC)的尺寸变小。微量Er抑制了时效过程钎料与铜基体界面IMC层(IML)的增厚,时效400 h后差别更明显,有利于提高钎料接头的可靠性。指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金。

Ag元素含量对SnAgCuX无铅钎料性能的影响

分析了SnAgCuX系无铅钎料中Ag元素含量的变化对熔化温度、润湿性能的影响,同时研究了时效前和高温时效后钎焊接头的抗剪强度和显微组织,其中X包含Ni,P和Ce三种元素.结果表明,添加微量X元素能够在一定程度上弥补SnAgCu钎料中Ag元素含量的降低引起的性能下降。X元素的添加对SnAgCu钎料的熔化温度影响不大,但能改善钎料合金的润湿性能,提高钎焊接头的抗剪强度,并抑制时效引起的接头强度下降。这与微量X元素的添加改善了钎料的显微组织和金属间化合物的形貌有很大的关系.

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织与性能研究

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金显微组织和性能的影响,通过对钎料的熔化温度、润湿性能、接头剪切强度的测试及显微组织观察,指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金,同时确定了最佳的Er含量范围.

SnAgCu无铅钎料焊点结晶裂纹

针对印刷电路板(PCB)上无铅钎料SnAgCu微小焊点的结晶裂纹,利用设计的试件重现无铅钎料钎焊过程中产生的结晶裂纹,对无铅钎料结晶裂纹进行模拟,同时研究了微量元素的添加对SnAgCu合金焊点结晶裂纹形成的影响。结果表明,在尺寸很小的焊点上仍然存在明显的结晶裂纹。用焊点结晶裂纹的总长度定量地评价无铅钎料结晶裂纹的敏感倾向,添加Ni和Ce元素能够降低无铅钎料结晶裂纹的形成,而P元素的添加却加剧了结晶裂纹的形成,明显增加了焊点处的结晶裂纹。

元素Ga,Bi对SnAgCu无铅钎料性能的影响

在SnAgCu无铅钎料中添加金属元素Ga,Bi,对其合金进行熔化温度、润湿性、力学性能和微观组织研究。研究表明,添加Ga,Bi有利于降低SnAgCu合金的熔化温度和改善润湿性,并可提高其力学性能。

SnAgCuRE系无铅钎料与表面贴装元器件的润湿适配性

采用润湿平衡法选用商用水洗钎剂,研究SnAgCuRE系无铅钎料与表面贴装元器件的润湿适配性。研究结果表明,当Sn2.5Ag0.7CuxRE系钎料合金中RE添加量为0.1%时,在钎焊温度为250℃、预热时间为15s、浸渍时间为5s的情况下,其与表面贴装元器件具有较好的润湿适配性,即具有较大的润湿力、较小的润湿角,其润湿力达到现行商用Sn3.8Ag0.7Cu钎料的水平,完全能够满足表面组装行业对无铅钎料润湿性能的要求。

SnAgCu无铅钎料对接接头时效过程中IMC的生长

无铅钎料和铜基板间金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊接Cu对接接头,并对对接头进行了125、150和175℃时效试验,时效时间分别为0、24、72、144、256、400 h.采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱X射线(EDX)观察了Sn3.8Ag0.7Cu/Cu界面IMC的生长及形貌变化,并对Sn3.8Ag0.7Cu/Cu界面扩散常数和生长激活能进行了拟合.此外,研究了时效对钎焊接头抗拉强度的影响,发现在时效条件下接头的抗拉强度呈先上升后下降的变化,且时效会对断裂形式造成影响.

BaTiO_3颗粒对SnAgCu无铅钎料组织和性能的影响

研究了BaTiO3颗粒对SnAgCu钎料组织和性能的影响。结果表明,添加的BaTiO3颗粒可以充当钎料凝固过程中异质形核质点,明显细化钎料中的β-Sn相,使共晶组织弥散分布在β-Sn晶界处。铺展性能随着BaTiO3含量的增加先上升后下降,当颗粒含量为0.2wt%时,铺展面积达到最佳值,为8.3 mm2,增幅为SnAgCu钎料的12%。SAC-x BaTiO3复合钎料的显微硬度值在细晶强化机制和第二相弥散强化的作用下得到了一定程度的提高,BaTiO3颗粒的最佳添加量为0.2wt%。

低银SnAgCuBiNi无铅钎料润湿及溶解行为分析

对Sn0.8Ag0.5Cu2.0Bi0.05Ni(SACBN)和Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)无铅钎料的显微组织、润湿性能和溶解行为进行了比较研究.结果表明,SACBN钎料显微组织由β-Sn+共晶体组成,共晶组织为在β-Sn基体上均匀分布细针状的Ag3Sn、粒状的(Cu,Ni)6Sn5和细小粒状的铋.在相同温度条件下,SACBN钎料的润湿角大于SAC305钎料,铺展面积小于SAC305钎料,但SACBN钎料的最大润湿力却大于SAC305钎料,润湿时间小于SAC305钎料.随着时间的增加,铜在两种钎料中的溶解量均呈线性增加,在250,275℃时铜在SACBN钎料中的溶解速率低于SAC305钎料;在300℃时,铜在SACBN钎料中的溶解速率高于SAC305钎料.

SnAgCu无铅钎料元素浸出行为研究

对常用的Sn-3.5%Ag-0.5%Cu无铅钎料及Sn-3.5%Ag-0.5%Cu/Cu焊接接头在H2SO4、NaOH、HNO3和NaC l溶液中进行了元素浸出试验,研究电子产品中重金属元素在不同环境中的浸出行为,从而分析电子产品的掩埋对土壤和地下水污染情况及如何合理选择填埋场所。结果表明,在不同环境中SnAgCu无铅钎料及其钎焊接头的各金属元素浸出行为有较大差别。对于SnAgCu钎料而言,对Sn的浸出量影响最大的是C l-,对Ag的浸出量影响最大的是SO24-,各溶液对Cu的浸出量影响不大;就SnAgCu/Cu焊接接头而言,对Sn和Cu的浸出量影响最大的是OH-,而对Ag的浸出量影响最大的是C l-。因此,一般掩埋Sn-3.5%Ag-0.5%Cu钎料最好的土壤应为酸性土壤,且土壤中C l-、SO24-不宜过高。

SnAgCu系无铅钎料合金力学性能及钎焊性能研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDX)及Instron电液伺服疲劳拉伸试验机,对SnAgCu系无铅钎料合金的力学性能和钎焊性能进行了研究。结果表明,适量的稀土元素Ce的添加显著地延长了Sn3Ag2.8Cu钎焊接头在室温下的蠕变断裂寿命,Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce钎焊接头的蠕变断裂寿命超过Sn3Ag2.8Cu钎料的9倍;同时,使Sn3Ag2.8Cu合金的延伸性能也得到了显著改善,伸长率达到15.7%;Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce与铜基板的扩散层厚度比Sn37Pb厚,但是比Sn3Ag2.8Cu薄。

电子组装用 SnBi系无铅钎料合金化研究进展

阐述了无铅钎料合金当前对军事、通信、消费电子等行业发展的重要性,归纳并总结了国际上对其性能的要求, 综述了合金化元素La、Ce混合稀土、Ag元素、Co颗粒、In元素在SnBi钎料合金中的作用及机理,对比了含SnBi钎料的7种二元共晶钎料的部分性能,分析了SnBi钎料合金在钎焊应用过程中存在的不足之处, 提出了相应的改进措施,展望了合金元素改性无铅钎料研究的发展趋势,为进一步开发性能更优良的新型无铅钎料提供了参考依据。

SnAgCuBi无铅钎料对不同体积比SiC_P/6063Al复合材料真空软钎焊接头组织和性能的影响

在不同保温时间下,分别采用Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi无铅软钎料,对表面镀镍的两种不同体积分数的SiCP/6063Al复合材料进行真空软钎焊。通过剪切强度测试、显微组织分析、能谱分析等手段研究了钎焊接头的组织和性能。结果表明:Bi元素的加入改善了Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料的铺展润湿性,降低了熔点,提高了焊缝的抗剪强度;在270℃保温35min时,Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi钎料钎焊接头抗剪强度达到最高值38.23MPa;钎焊过程中只是两侧镀镍层间的焊接,钎料并未透过镍层与母材发生扩散反应。

微量RE对SnAgCu无铅钎料力学性能和润湿性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测手段,研究了微量RE对低银Sn2.5Ag0.7Cu无铅钎料的力学性能和润湿性能影响。结果表明,添加微量RE可以提高该钎料的力学性能,改善润湿性能。当RE添加量为0.1wt%时,钎料的伸长率和拉伸强度最大,此时,该钎料在Cu焊盘上的铺展面积也最大。但过量的RE会导致性能的下降。这些性能的改变与微量RE对其显微组织的影响有关。

添加微量稀土元素的SnAgCu无铅钎料的研究

介绍目前国际上较为公认的SnAgCu系无铅钎料的特点,并汇总了国际上相关专利的情况。同时,结合本实验室的专利技术,介绍了添加微量稀土对SnAgCu系无铅钎料性能的影响,并着重研究了稀土对显微组织,特别是金属间化合物的影响规律。研究结果表明:从综合性能角度考虑,添加稀土的作用明显,特别是显著改善了钎料的抗蠕变性能,稀土添加量的最佳范围在w(0.05～0.25)%之间。适量的稀土添加,可有效抑制金属间化合物的生长,细化组织。

SnAgCu系无铅钎料技术发展

本文主要讨论了SnAgCu系无铅钎料技术及专利的发展现状,分析其特点与优势,发现该合金在一个较大成分范围熔化温度都接近共晶温度。研究发现在该合金中添加微量La、Ce混合稀土,在保持原有优良物理性能及钎焊工艺性能的同时合金的抗蠕变性能及服役可靠性,同时钎料成本低廉。另外,采用微米/亚微米颗粒,可进一步增强其抗蠕变性能及组装接头的尺寸稳定性,满足光通讯等电子设备制造的特殊要求。

Ag和RE对SnAgCuRE无铅钎料拉伸性能的影响

利用正交试验法,对SnAgCuRE系钎料合金的拉伸性能进行了检验。结果表明:SnAgCuRE系钎料合金的拉伸性能与Ag和RE的添加量密切相关,即拉伸强度会随Ag含量增大而提高;延伸率受RE影响最大,并在w(RE)为0.1%时延伸率和拉伸强度都达到最佳。当w(RE)达到0.5%时,会导致延伸率的下降。