Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料/Cu钎焊接头界面反应

研究了长时间再流焊条件下,在粉状Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒增强质点(复合钎料)对Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面反应的影响.结果表明,在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒,可有效降低Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面金属间化合物(IMC)的生长速度,从而减小界面IMC层的厚度,减少IMC层内的柯肯达尔(Kirkendall)缺陷;IMC层的厚度随再流焊时间的增加而增加,随Cu颗粒加入量的增加而减小.在现试验条件下,IMC层由Cu-Zn金属间化合物组成,未检测到Cu-Sn金属间化合物的存在.     

Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面特征与金属间化合物的形成机理

对255℃时Sn-6.5Zn钎料/Cu基板界面反应及金属间化合物的形成与转化进行热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD研究分析255℃不同钎焊时间条件下钎料/Cu基板界面组织与IMC层形态特征。结果表明:Sn-6.5Zn钎料/Cu焊点界面紧靠Cu基板侧形成CuZn层;CuZn IMC有与钎料中的Zn原子继续反应生成Cu5Zn8 IMC的趋势;在相同钎焊温度条件下,不同钎焊时间对界面厚度影响不大;随钎焊时间延长,Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面IMC层的平均厚度增大,界面粗糙度则由于不同钎焊时间IMC在液态钎料中生长与溶解的差异,呈现先增大而后降低到一个均衡值的变化趋势。     

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.     

Ag和Zn对Sn58Bi钎料润湿性及焊点组织的影响

采用感应熔炼方法制备钎料,研究了Ag,Zn元素添加对Sn58Bi钎料润湿性与焊点组织的影响,并对时效处理后的焊点界面金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs)的组成及生长规律进行了分析。结果表明,添加的Ag或Zn可与Sn分别生成Ag3Sn,Ag5Zn8,并可显著减少钎料中枝晶含量与细化钎料组织,但不能显著促进Sn58Bi钎料的润湿性。而共同添加的Ag,Zn并不能使得钎料组织发生细化并降低钎料的润湿性。共同添加的Ag和Zn使得焊点界面处形成Cu8Zn5+Ag5Zn8的复合IMCs层,该复合IMCs层可显著的减小IMCs的初始厚度,并降低其生长速度。     

不锈钢软钎焊用钎料和钎剂的研究

研究了304不锈钢软钎焊用钎剂和钎料,结果表明:氯化锌+氯化铵+盐酸钎剂可以较好的钎焊不锈钢;Sn-3.5Ag-0.7Cu无铅钎料对不锈钢的润湿性与Sn-Pb钎料相当,Sn-0.7Cu钎料次之,Sn-9Zn的润湿性较差。对Sn基钎料与不锈钢的界面金相分析表明:Sn基钎料与不锈钢的界面形貌较平坦,界面处仅有少量FeSn_2金属间化合物生成,不锈钢软钎焊接头的强度与所采用钎料密切相关。     

Cu对Sn-9Zn无铅钎料电化学腐蚀性能的影响

对Sn-9Zn-xCu钎料在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行研究,以揭示添加Cu对Sn-9Zn钎料耐蚀性的影响。结果表明:添加Cu元素使Sn-Zn钎料的腐蚀电位有所增加,即添加Cu元素可以改善Sn-Zn钎料的耐腐蚀性能;XRD检测发现Sn-9Zn-xCu钎料的腐蚀产物中存在Zn5(OH)8Cl2.H2O;随着Cu含量的增加,Zn5(OH)8Cl2.H2O的量逐渐减少,出现Cu的腐蚀产物,腐蚀表面趋于均匀平整,选择性腐蚀减弱,腐蚀产物的黏附性较好。     

Sn-6.5Zn/Cu焊点时效过程中的界面特征与结构演变

研究150°C等温时效对Sn-6.5Zn/Cu焊点微观结构特征与显微硬度的影响,分析界面金属间化合物的形成与演变机制。结果表明：Sn-6.5Zn/Cu焊点界面化合物层由CuZn和Cu5Zn8组成;随着等温时效时间的延长,化合物层的厚度表现为先增大、后减小的趋势;长时间的高温时效会导致Cu-Zn金属间化合物的分解,并破坏界面连续致密的化合物层。在局部破坏的界面区Cu基体处形成不连续的Cu6Sn5化合物层;时效后界面粗化并形成明显的孔洞。时效导致界面显微硬度不同程度的增大。     

Sn-9Zn-3Bi/Cu钎焊接头在170℃时效过程中的显微结构

采用ST50润湿实验仪完成了钎焊并研究分析了Sn-9Zn-3Bi/Cu接头在170℃下长期时效的显微结构变化.结果表明:Sn-9Zn-3Bi/Cn接头时效至200 h后在界面处形成单一连续的Cu5Zn8化合物层;时效至500 h和1000 h后,界面处形成了3层化合物层,从铜母材侧起,分别为Cu-Sn化合物层,Cu-Zn化合物层和Sn-Cu化合物层;随着时效时间的增加,整个金属化合物层变厚,而Cu-Zn化合物层减薄,表明Cu-Zn化合物层在时效过程中具有不稳定性.     

微量Nd对Sn-6.5Zn合金及钎料/Cu界面结构的影响

研究了微量稀土元素Nd的添加对Sn-6.5Zn合金组织及钎料/Cu焊点界面金属间化合物(IMC)特征的影响.结果表明:微量Nd元素在Sn-6.5Zn钎料中的添加能够显著细化合金组织和形成均匀细密界面IMC层;添加0.1 wt％Nd元素即能促进钎料/Cu焊点界面反应及界面区域成分的均匀性.     

Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响

通过在钎料中添加Fe粉颗粒,研究其对Sn-3Ag-0.5Cu复合无铅钎料的黏度、熔点、钎焊接头界面微观组织、与Cu基板之间的润湿性及焊点力学性能的影响。结果表明:微米级Fe粉的添加增加了复合钎料焊膏单位体积内焊粉的接触面积,使得焊膏内摩擦力增大,导致复合钎料焊膏的黏度增加;微米级Fe粉的添加对Sn-3Ag-0.5Cu钎料的熔化特性没有显著影响;钎焊时,由于重力偏聚及界面吸附作用,Fe粉颗粒集中沉积于Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu钎焊接头界面处靠近钎料一侧,由于增大液态钎料黏度而导致钎料与Cu板间的润湿性降低;与Sn-3Ag-0.5Cu/Cu相比,Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu界面处钎料一侧粗大的β-Sn枝晶区消失,取而代之的是细小的等轴晶。Sn-3Ag-0.5Cu-1%Fe/Cu的剪切强度为46 MPa,比Sn-3Ag-0.5Cu/Cu剪切强度提高39%;靠近界面金属间化合物处钎料基体的显微硬度提高约25%。     

微量锌对Sn-3.5Ag无铅钎料/铜界面金属间化合物生长的抑制

在钎焊和时效条件下,研究了Sn-3.5Ag无铅钎料中添加0.2%的Zn元素后对钎料/铜界面组织形貌的影响.结果表明,钎焊条件下,将0.2%的Zn元素加入到Sn-3.5Ag钎料中对Cu-Sn间的金属间化合物及其扇贝形形状不产生影响.时效处理后,0.2%Zn元素的加入对界面IMC层的厚度、组成及形态都有影响.在Sn-3.5...     

Sn-9Zn系无铅焊料钎焊接头剪切性能的研究

利用扫描电镜及万能材料实验机研究了Sn-9Zn/Cu钎焊接头的界面形貌及Sn-9Zn焊料微合金化前后钎焊接头的剪切性能变化。结果表明,Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物为Cu5Zn8,界面层呈平整的锯齿状。由于焊接时没有保护气氛,以致Sn-9Zn氧化而使剪切性能变差,而同时添加微量RE和Ag或RE和Al元素后剪切强度大幅度增高,尤其是添加0.025%RE和0.3%Ag时剪切强度可提高46.47%,同时添加元素后剪切断口韧性断裂趋势增大。     

Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点液固界面金属间化合物的生长动力学

采用扫描电镜和光学显微镜观察研究了230~260℃焊接温度范围内Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构及生长动力学.结果表明,在该焊点界面形成的化合物可分为两层:靠铜侧的是厚且平直的γ-Cu₅Zn₈化合物层;靠焊料侧的则为另一薄且呈扇贝、粒状的CuZn化合物层.提高钎焊温度及延长反应时间基本不改变Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构和成分,但会使形成的界面金属间化合物层厚度增加.γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层的厚度与反应时间的平方根呈线性关系,表明其生长由扩散机制控制.根据阿伦尼乌斯公式,Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层反应活化能为22.09 kJ/mol.     

Sn-9Zn/Cu无铅焊点ZnO须自发生长

研究了Sn-9Zn/Cu无铅焊点ZnO须自发生长行为.结果表明,在室温条件下Sn-9Zn/Cu无铅焊点因为富锌相的氧化,在富锌相表面自发生长出大量的ZnO须,ZnO须呈现针状、块状、花朵状等不同形态;对ZnO须进行FIB测试,发现在富锌相中出现明显的空洞,主要是因为Zn元素扩散导致的.另外,证实在Zn元素扩散与氧发生反应的过程中,富锌相发生体积收缩,诱使结构中出现明显的拉应力,拉应力为ZnO须生长提供驱动力.     

合金元素Ga对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

研究了合金元素Ga的添加量对Sn-9Zn无铅钎料熔化特性、润湿性能及其焊点力学性能的影响.结果表明,添加合金元素Ga以后,合金的熔点显著降低,熔化温度区间有所增大,润湿性能得到明显改善;合金元素Ga的添加量(质量分数)在0.5%时,钎料的晶粒组织最为细小均匀,钎料焊点的力学性能最佳;当合金元素Ga的添加量大于1%时,钎料的润湿性能趋于稳定,钎料组织中晶界处出现黑色富Ga相,钎料焊点的力学性能大幅度降低.因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ga的最佳添加量为0.5%.     

添加铜对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

采用向钎料合金熔体中添加铜粉的方法得到了原位生长金属间化合物颗粒增强的Sn-Zn基复合无铅钎料,并对其熔化行为、组织、力学性能和在铜基体上的润湿性进行了研究.差示扫描量热计(DSC)测量结果表明,少量铜粉对Sn-9Zn的熔点影响较小,但铜粉添加量达3%时将使其熔点急剧升高.铜粉的添加使Sn-9Zn钎料中形成了较均匀分布的Cu5Zn8化合物颗粒相,同时棒状富Zn相相应减少.力学性能测试结果显示,复合钎料的抗拉强度和塑性都得到了改善,抗蠕变性能显著提高;润湿性测量表明,复合钎料对铜的润湿性也有所改善.     

Ag,Al,Ga对Sn-9Zn无铅钎料润湿性能的影响

采用润湿平衡法测试了Sn-9Zn-X(X为Ag,Al,Ga)无铅钎料分别配合ZnCl2-NH4Cl钎剂和免清洗助焊剂,在空气和氮气保护的两种条件下的润湿性能,分析研究了合金元素Ag,Al,Ga的添加量对Sn-9Zn-X无铅钎料润湿性的影响规律.结果表明,合金元素Ag,Al,Ga在Sn-9Zn中的最佳添加量(质量分数)分别为0.3%,0.005%～0.02%,0.5%.采用氮气保护可以显著改善Sn-9Zn-X无铅钎料的润湿性,而Sn-9Zn-X无铅钎料配合ZnCl2-NH4Cl钎剂时具有较好的润湿性,甚至优于Sn-3.5Ag-0.5Cu在相同条件下的润湿性.这一研究结果表明,通过研发适合于Sn-Zn系无铅钎料的高性能助焊剂,从而改善Sn-Zn系钎料的润湿性能是完全可行的.