Sn-0.7Cu无铅钎料显微组织及力学性能在时效过程中的演变

研究了时效处理对Sn-0．7Cu无铅钎料显微组织的影响，结果表明：在时效过程中β-Sn初晶晶粒长大，网状Sn—Cu微细二元共晶组织消失，Cu6Sn5金属间化合物颗粒的数量减少、尺寸增大，并且颗粒间距增大。对钎料的力学性能测试表明：时效时间在0～50h范围时，随着时效时间的增加，钎料的抗拉强度急剧降低，此后随着时效时间的增加，钎料的抗拉强度没有显著变化；钎料的断后延伸率在时效0—100h范围时，随着时效时间的增加而升高，此后随着时效时间的增加，没有显著变化。

微量P对Sn-0.7Cu无铅钎料高温抗氧化性能的影响

目的研究了微量P元素的添加,对Sn-0.7Cu无铅钎料在高温条件下抗氧化性能的影响。方法制备了Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-x P钎料合金,在250~370℃温度下,采用目测观察和表面刮渣法,研究了熔融钎料在高温下的抗氧化性能。结果微量P元素能显著提高熔融Sn-0.7Cu钎料低温下的抗氧化性能,低温下P含量为0.009%时抗氧化性能最好,当温度超过340℃时,抗氧化性能减弱,超过370℃时完全失去抗氧化效果。结论在250℃时,Sn-0.7Cu钎料的氧化膜生长系数k250℃=1.59×10-6,约为Sn-0.7Cu-0.009P的3倍,在370℃时,Sn-0.7Cu钎料的氧化膜生长系数k370℃=3.03×10^-6,与Sn-0.7Cu-0.009P的相差不大。

温度对Sn-0.7Cu无铅钎料表面张力的影响

无铅钎料的表面张力是无铅钎料的重要物理性能之一。采用拉脱法测定Sn-0.7Cu无铅钎料的表面张力,同时采用RHEOTRONIC VШ型回转振动式高温熔体黏度仪测量Sn-0.7Cu无铅钎料黏度,通过黏度与表面张力之间的换算关系,从而计算得出Sn-0.7Cu无铅钎料表面张力。研究结果表明,Sn-0.7Cu无铅钎料表面张力随温度的增加呈现先下降后上升的变化趋势。

微量元素改性Sn-0.7Cu系无铅钎料的研究进展

微量元素改性Sn-0.7Cu系无铅钎料的性能有所提高,添加的微量元素主要有Ni、Ce、P和Ge等,重点介绍了微量元素的添加对钎料显微组织和性能的影响。该系无铅钎料的润湿性能和一般力学性能仍与传统的SnPb钎料具有一定的差距。因此,寻找恰当的微量元素,开发出具有综合性能优良的Sn-0.7Cu系无铅钎料将成为未来无铅钎料的重要研究方向之一。

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织和润湿性能的影响

采用XJP-300型光学显微镜以及日立扫描电子显微镜S-3400N对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr无铅钎料的显微组织进行观察和分析,采用润湿平衡法,研究了钎料在Cu基板上的润湿性能。研究结果表明,微量稀土Pr可以改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织和润湿性能。当Pr的添加量约为0.05%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织得到最大程度的细化以及均匀化,同时钎料具有最大润湿力。在260℃的钎焊温度下,SnAgCu-0.1Pr的润湿力与SnAgCu钎料相比,提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。当Pr含量继续增加时,钎料中出现大块的稀土相。同时钎料的润湿时间增长,润湿性能变差。

Sn-0.7Cu-1Ag无铅钎料压入蠕变行为的研究

采用自制蠕变装置,研究了Sn-0.7Cu-1Ag无铅钎料在温度为60～120℃,压力为30～50 MPa下的压入蠕变行为,并利用SEM和XRD对钎料蠕变前后组织的变化进行了分析。结果表明:随温度和应力的增加,钎料的蠕变速率增大;Ag在金属间化合物形成前期可以促进形核,后期可以阻碍晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,从而增加了相界面,增加了滑移变形的阻力;Ag3Sn、Cu6Sn5两相呈弥散分布,对基体的变形起到阻碍作用。Ag的加入起到了细晶强化和弥散强化作用,极大地提高了钎料的抗蠕变性能。

Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料压入蠕变性能的研究

采用自制的蠕变装置研究Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料在温度60～120℃、压力30～50MPa下的压入蠕变性能,利用光学显微镜、SEM和XRD对钎料组织在蠕变前后的变化进行了分析。结果表明:随着温度和应力的增加,钎料的蠕变速率增大;Sn-0.7Cu-2Bi主要由Sn、Bi、Cu6Sn5三相组成,Bi固溶在Sn中造成晶格的畸变阻碍晶体滑移面的位错运动,导致其变形抗力大为增加,且晶界处偏聚的Bi颗粒对位错有钉扎作用,能提高钎料的抗蠕变性能;Sn-0.7Cu-2Bi钎料蠕变后出现回复再结晶,最终导致晶粒长大。

无铅钎料Sn-0.7Cu机械合金化研究

利用扫描电子显微镜和差热分析仪,研究了Sn-0.7Cu粉末的机械合金化过程;同时将机械合金化获得的粉末制成焊膏,进行铺展实验,并对金相组织进行了分析。研究结果表明,机械合金化是一种制备钎料粉体的方法;粉末的最终颗粒尺寸可通过合适的工艺参数来控制;用机械合金化获得的钎料粉体制成的焊膏,其铺展面积及润湿角方面与传统的熔炼法获得的钎料差别不大,铺展试样的金相组织由富Sn相、Cu6Sn5和少量Cu3Sn相组成。

Sn-xAg-0.7Cu无铅钎料润湿特性研究

采用润湿平衡法,研究了Ag对真空下制备的Sn-xAg-0.7Cu无铅钎料的润湿性能的影响。结果表明:Sn-2.5Ag-0.7Cu钎料具有较高的润湿力、较大的铺展面积及较小的润湿角,可满足电子连接的需要。

微量Ge、Bi元素对Sn-0.7Cu-0.05Ni无铅钎料微观组织及性能的影响

通过Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.05Ge钎料及Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.5Bi钎料的微观组织分析及性能测试,研究了Ge、Bi元素对Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料本特性及微观组织的影响。结果表明,Ge不与Cu或Sn发生反应,均匀弥散地分布于钎料中,增加了形核点,晶粒尺寸变小;Bi使晶粒变得均匀整齐,共晶相没有增加;Ge、Bi均提高了钎料的力学性能。Ge优先与氧原子发生反应形成保护膜,使钎料的抗氧化性提高,减小了液态钎料的表面张力,提高了润湿性,而Bi元素则相反。添加Ge、Bi元素后,界面反应程度增大,结合强度增强。

时效处理对Sn-XAg-0.7Cu无铅钎料显微组织和力学性能的影响

研究了时效处理对Sn-Ag-Cu无铅钎料显微组织的影响,结果表明:时效处理50 h后,钎料中的β-Sn初晶和IMC(金属间化合物)颗粒长大;经过100 h时效后,钎料中β-Sn初晶晶界消失;当时效时间达到200 h后,钎料组织中出现了粗大颗粒的IMC,这些粗大颗粒的IMC呈近邻分布。对钎料的力学性能测试表明:时效处理50 h后,钎料的抗拉强度和断后伸长率明显降低,钎料中Ag含量越高,钎料抗拉强度降低的幅度越大;当时效时间达到100 h后,钎料的抗拉强度没有显著变化。

温度与镀层对Sn-Cu-Ni无铅钎料润湿性能的影响

采用润湿平衡法测定了在不同试验温度下Sn-Cu-Ni无铅钎料在Cu,Au/Ni/Cu,SnBi/Cu三种基板上的润湿时间和润湿力,研究了钎焊温度对Sn-Cu-Ni无铅钎料在不同基板上润湿性能的影响。结果表明,温度升高使Sn-Cu-Ni无铅钎料的表面张力减小,能显著缩短钎料在铜片上的润湿时间,提高润湿力;Ni/Au或SnBi等镀层能显著降低钎料/基板界面张力,因此Sn-Cu-Ni无铅钎料在Au/Ni/Cu或SnBi/Cu基板上的润湿性能优于在Cu基板上的润湿性能。

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。

合金元素Cr,Al对Sn-Ag-Cu基无铅钎料高温抗氧化和润湿性的影响

研究了少量合金元素Cr,Al对Sn-3.0Ag-0.5Cu(305)无铅钎料高温抗氧化性的影响。钎料在液态下的表面颜色变化以及热重分析表明,Cr,Al能明显改善305合金钎料的抗氧化性能。通过合金元素Cr,Al的抗氧化机制和X射线衍射分析得出:Al和Cr在钎料表面形成致密氧化膜,形成“阻挡层”,抑制了钎料的氧化。同时也比较了合金元素Cr,Al对305钎料润湿性能的影响,结果表明:单独加Al不利于钎料的铺展,少量的Cr和Al同时加入对钎料的铺展没有太大的影响。实验证实:Cr和Al的共同作用明显提高了Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料的高温抗氧化性,同时对钎料的润湿性也没有恶化作用。

La对Sn-Ag-Cu无铅钎料与铜钎焊接头金属间化合物的影响

研究微量稀土La在钎焊和时效过程中对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料与铜基板的钎焊界面及钎料内部金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:钎焊后钎焊界面形成连续的扇形Cu6Sn5化合物层,其厚度随La含量的增加而减小;在150℃时效100h后,连续的Cu3Sn化合物层在Cu6Sn5化合物层和铜基板之间析出,且Cu6Sn5层里嵌有Ag3Sn颗粒;界面金属间化合物总厚度随时效时间的延长而增厚,且在相同时效条件下随La含量的增加而减小;时效过程中金属间化合物生长动力学的时间系数(n)随着La含量的增加逐渐增大;钎焊后钎料内部Ag仍以共晶形式存在,时效后Ag3Sn颗粒沿钎料内部的共晶组织网络析出。

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。

微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu_6Sn_5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明,钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随时效时间的增加,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%(质量分数,下同)的RE能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。

P对Sn-Cu无铅钎料性能的影响

添加了P到Sn-Cu系无铅钎料中,测定了钎料的熔化温度、抗氧化性能和接头蠕变疲劳寿命。结果表明:在Sn0.7Cu中添加微量的P,提高了无铅钎料的抗氧化性能,对熔化温度基本无影响。Sn0.7Cu0.005P无铅钎料合金熔化温度的峰值为226.7℃,在恒定应力为2MPa的蠕变疲劳试验中,钎料接头蠕变疲劳寿命为337.357min。

混合稀土对Sn-0.70Cu-0.05Ni钎料组织与性能的影响

向Sn-0.70Cu-0.05Ni无铅钎料中添加微量混合稀土元素RE(主要是La和Ce),研究了RE添加量对该钎料合金显微组织及性能的影响。结果表明,添加微量的RE能显著细化该钎料合金组织,抑制金属间化合物的生长,改善合金的组织分布,提高钎料的润湿性及力学性能。当w(RE)为0.10%时,钎料的润湿力、拉伸强度分别为3.02mN和31.3MPa。但随着RE的增加,钎料的溶铜速率会逐渐增大,抗氧化性变差。综合考虑,该钎料中w(RE)应控制在0.05%～0.10%。

微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-xAg钎料焊点组织和力学性能的影响

研究了微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu钎料焊点组织和性能的影响规律。研究结果表明:在Sn-0.7Cu中加入适量的Ag可以改善钎料的润湿性,但是当加入的Ag含量过高,反而会降低钎料的润湿性。当Ag含量为1%时,润湿性最好,铺展系数K为72.09%。增加Ag含量利于促进β-Sn/Cu6Sn5网状共晶组织的生成和非均匀形核反应的进行,细化β-Sn晶粒。当Ag含量为1%时,钎料焊点的抗拉强度最好,达到47.85 MPa。当Ag含量超过2%时,随着IMC层厚度的增加,焊点的抗拉强度逐渐降低。综合考虑,当Ag含量为1%时,钎料焊点的综合性能最好。