合金元素对Sn—Zn系无铅钎料性能的影响

为了改善Sn-Zn系无铅钎料的综合性能,通过合金化的方法,运用正交试验法,研究了Bi、Ag、A1元素对Sn-9Zn系无铅钎料的润湿性能、抗剪强度以及熔点的影响。结果表明,钎料的润湿性随着Bi元素含量的增加而得到改善,钎料的剪切强度随着Ag元素含量的增多,先提高后降低,综合分析Sn-9Zn-4Bi-0.5Ag-0.05Al钎料的性能最佳,且差热分析表明,该钎料熔点最低,为196.97℃。同时,利用扫描电镜及能谱分析了合金元素对钎料接头显微组织的影响。

微电子组装中Sn-Zn系无铅钎料的研究与开发

无铅钎料的研究开发是我国电子材料行业目前面临的紧迫课题。其中Sn-Zn系无铅钎料具有低的熔点,优良的力学性能,能获得可靠的钎焊接头,且其原材料丰富、价格便宜,有望替代Sn-Pb钎料。但该系钎料易氧化,抗腐蚀性较差,目前还未得到广泛的采用。介绍了开发新型无铅钎料应满足的要求,及几种有潜力的Sn-Zn系无铅钎料。

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。

含稀土Sn-Zn-Bi系无铅钎料润湿性能的研究

通过向Sn-Zn-Bi系钎料合金中添加适量合金元素Ga,Cu和La,制备了对Cu母材具有较好润湿性能的Sn-8.9Zn-2.7Bi-1.0Ga-0.5Cu-0.2La无铅钎料,其润湿角为25.1°。同时,还研究了无铅钎料中稀土元素La以及合金元素Ga的微量变化对钎料的润湿性及与母材金属结合界面组织结构的影响。研究发现,La和合金元素Ga的含量对Sn-Zn-Bi系无铅钎料润湿性能有较大影响,适量添加无论是在空气中还是在氮气保护下,均可以改善钎料的润湿性。

Sn-Zn-Cu无铅钎料的组织、润湿性和力学性能

研究了(Sn 9Zn) xCu无铅钎料的微观组织、润湿性能和力学性能。Cu的加入使得Sn 9Zn钎料中针状富Zn相逐渐转变为Cu Zn化合物,当Cu含量为8%时,Cu6Sn5相生成。Sn Zn Cu合金熔点随着Cu含量增加而升高,同时润湿性随Cu的加入得到显著改善。使用中性活性松香钎剂,钎料与Cu箔钎焊时的润湿角显著减小。Sn 9Zn的润湿角为120°,而(Sn 9Zn) 10Cu的润湿角为54°。这是由于Cu的加入降低了Zn的活性,减少了Zn在钎料表面氧化,降低了液态钎料表面张力,使得钎料能获得较好的润湿性。合金在2%Cu时获得较高的强度,随着Cu含量的增加,Cu Zn化合物相对增多,抗拉强度有所下降;而合金的塑性随着Cu的加入迅速下降。

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。

Sn-9Zn无铅电子钎料助焊剂研究

Sn-9Zn共晶合金在一般松香助焊剂条件下润湿性较差。开发了一种新的改性松香助焊剂。用铺展面积测量和润湿天平两种手段,表征不同助焊剂条件下Sn-9Zn合金对铜的润湿性,用失重测量表征助焊剂对铜和焊料合金的腐蚀性。结果表明:在乙醇–松香中加入少量SnCl2作为助焊剂可大大改善Sn-9Zn对铜的润湿性,但对焊料合金有一定的腐蚀性。选择了一种具有较强活性的有机碱性缓蚀剂,含SnCl2的助焊剂中加入该缓蚀剂后可基本消除腐蚀作用,同时还改善了润湿性。

添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金性能的影响

通过试验研究了添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金在Cu表面的润湿性、焊点剪切强度、抗蠕变性能与组织的影响。结果表明，当添加量较低时，Ag能够改善Sn-9Zn合金熔体对Cu的润湿性和焊点剪切强度，而添加量较高时Ag则会使它们降低；就焊点润湿性和剪切强度而言，最佳Ag含量（质量分数）为0．30％～0．60％。Ag的添加能显著提高Sn-9Zn合金体材的抗蠕变性能。显微分析表明，在含Ag合金中形成了弥散分布、尺度为微米级的Ag—Zn化合物颗粒，这可能是合金得到强化的原因。

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。

Sn-Cu系无铅钎料的研究现状与发展

介绍了无铅钎料应用时应该满足的基本要求和Sn-Cu系无铅钎料的国内外研究和应用现状,概述了Sn-Cu系无铅钎料润湿性能、物理性能、力学性能等方面的一些特点,分析探讨了Sn-Cu系无铅钎料存在的不足,详细阐述了添加不同合金元素(如Bi、Ag、Ni、RE等元素)对Sn-Cu系无铅钎料性能的影响规律,并对Sn-Cu系无铅钎料的应用前景和发展方向进行了展望。

Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能

采用润湿平衡法测试了不同温度下Sn-9Zn-xAl无铅钎料在空气和氮气两种气氛下的润湿性能，研究探索了合金元素Al的添加量、气氛和温度对Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能的影响规律。结果表明，添加Al元素以后，Sn-9Zn-xAl无铅钎料的润湿性得到明显改善，在使用ZnCl2-NH4Cl助焊剂时，Al的最佳添加量为0．02％（质量分数），在使用免清洗助焊剂时，Al的最佳添加量为0．005％（质量分数）；采用氮气保护时，Cu基板表面张力提高，钎料的氧化减少、表面张力降低，明显改善了钎料在Cu基板上的润湿性能；在215—245℃时，温度升高使钎料的表面张力减小，提高了钎料的润湿性能。

Sn-Zn-Bi无铅钎料成分设计

利用二次回归正交组合设计建立了Sn Zn Bi无铅钎料成分与润湿性能、力学性能及抗腐蚀性能的回归方程,分析了成分质量分数对钎料润湿性能、接头剪切强度及钎缝抗腐蚀能力的影响规律。结果表明:增加Zn的质量分数有助于提高接头剪切强度,但同时也使钎料润湿性和钎缝抗腐蚀性能下降;添加适量质量分数的Bi能明显改善钎料的润湿性、接头剪切强度和钎缝抗腐蚀性;Zn、Bi交互作用对钎料和接头性能有一定的影响。在综合考虑成分变化对钎料熔点、熔化温度区间等影响后,优化设计出用于电子工业的w(Zn)=8%～9%、w(Bi)=3%～4%的Sn Zn Bi无铅钎料。

机械合金化无铅钎料Sn-9Zn研究

利用 X射线衍射仪、差示扫描量热计 ( DSC)、扫描电镜 ( SEM)对 Sn-9Zn粉末的机械合金化进程进行了研究 .结果表明 :机械合金化和热铸法一样是一种制备钎料合金的方法 ;金属粉末的最终颗粒尺寸可以通过合适的工艺参数来控制 ;粉末尺寸可减小到 5～ 2 0μm ;1 %松香 (助磨剂 )的加入使 MA进程的加速作用最为显著 ,但松香也可能对金属粉末起污染作用 .

合金元素对Sn-9Zn基无铅钎料润湿性和组织的影响

研究了分别添加混合轻稀土、磷和铋对Sn-9Zn共晶合金在铜基上的润湿性能及对钎料内部显微结构和钎料/铜界面的影响。研究结果表明:Bi、RE和P都能有效地改善Sn-9Zn基合金钎料在铜基上的润湿性;且添加RE和P对钎料/铜界面无明显的影响,也不改变Sn-9Zn钎料内部的扫把状共晶结构;而添加Bi促进了Sn-9Zn合金中锌的富集析出。

Sn-Zn-Bi-X(Ag,Cu)系钎料的断裂韧性研究

通过对两种具有代表性的无铅软钎料断口的分析,介绍了Sn-Zn-Bi-X(Ag,Cu)系钎料合金的断裂韧性的初步研究结果,发现Bi固溶于钎料基体导致了钎料合金脆性的增加,随着Bi含量的增加,脆性随之增大。同时发现,钎料的冷却方式对钎料的脆性倾向有较大的影响。

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。

稀土对Zn20Sn高温无铅钎料组织与性能的影响

向Zn20Sn高温无铅钎料中添加微量铈镧混合稀土(RE),研究了RE的添加量对该钎料合金显微组织及性能的影响。结果表明,添加微量RE的合金显微组织中出现含RE的金属间化合物(IMC)。随着RE的添加,形状各异的IMC的数量显著增加。RE质量分数为0.5%~1.0%的合金的固相线温度不变,而液相线温度略有降低。当RE质量分数为0.5%时,钎料在Cu基板上的铺展面积最大,比Zn20Sn钎料提高了57.6%。但随着RE的继续添加,钎料的润湿性降低。当RE质量分数超过0.1%时,钎料的显微硬度和电阻率随着RE含量的增加而增大。综合考虑,合适的RE添加量为质量分数0.5%。

微观压痕法测量Sn-Ag-Cu系无铅钎料的力学性能

Sn-Ag-Cu系合金是最有可能替代Sn-Pb钎料的无铅钎料。介绍了一种测量其力学性能的新方法,即通过微压痕仪精确测量不同加载速率下压子的压入深度h与加载载荷F的关系来确定钎料的弹性模量E和蠕变速率敏感指数m。结果表明加载速率对钎料蠕变压痕F-h曲线和压入深度有着重要的影响;OliverPharr方法确定的钎料弹性模量取决于卸载过程而与加载速率无关。基于压痕做功概念定义了压痕蠕变硬度和蠕变应变速率,从而给出钎料的蠕变速率敏感指数。Sn3.5Ag0.75Cu与Sn3.0Ag0.5Cu钎料蠕变压痕测试表明合金成分影响SnAgCu系无铅钎料的力学性能。

Sn-9Zn无铅钎料合金的压蠕变行为研究

试验研究了Sn-9Zn合金钎料在温度为40～100℃和压力为9.3～18.6MPa范围内的压蠕变行为。结果表明:随温度和应力的升高,合金的压蠕变量增大,稳态蠕变速率的对数分别与应力对数和温度呈较好的线性关系,稳态蠕变速率符合半经验公式。在不同的温度下,应力指数n相近,平均值为5.74;不同的应力下,表观激活能Qa相差不大,平均值为51.95kJ/mol,材料结构常数为0.03,压蠕变变形是位错滑移和位错攀移共同作用的结果,控制稳态蠕变速率的主要因素为位错管道扩散过程控制下的位错攀移。

Ag含量对Sn-Zn-Ag无铅钎料腐蚀性能的影响

在Sn-Zn共晶钎料中加入不同含量的Ag元素制成Sn-9Zn-xAg无铅钎料,利用失重法、扫描电镜的腐蚀形貌观察以及EDS成分分析,分析了Sn-9Zn-xAg无铅钎料在3%NaC l溶液浸泡腐蚀情况下的腐蚀行为,并与Sn-Pb以及Sn-Zn钎料进行比较。结果表明:随着Ag含量的增加,钎料合金的抗腐蚀性能有所提高。