Sn-Zn系无铅钎料润湿性的研究进展

综合分析了Sn -Zn系无铅钎料润湿性能的研究现状.分析了该系钎料润湿性能不足的原因,总结了影响Sn-Zn系钎料润湿性能的若干因素,归纳了改善Sn -Zn钎料润湿性能的主要途径及其研究现状.最后,对Sn-Zn钎料的发展趋势进行了总结与展望.     

Sn-Zn系无铅钎料研究中的几个热点问题

介绍了Sn-Zn系无铅钎料的应用及研究现状,阐述了Sn-Zn系无铅钎料研究中的几个热点课题。对Sn-Zn系无铅钎料的熔化行为、组织及力学性能相关的研究进行了总结。针对Sn-Zn钎料润湿性、高温抗氧化性、耐腐蚀性这几个不足,对目前的研究情况进行了分析、探讨;另外,还介绍了Sn-Zn系钎料与基板的界面反应和焊点可靠性的相关研究现状。     

Sn-Zn系无铅钎料的研究现状及发展趋势

介绍了Sn-Zn系无铅钎料的研究及应用现状,阐述了为改善Sn-Zn无铅系钎料存在的不足之处,添加各种合金元素或微量元素如Bi,Ag,In,Ga,Al,RE等元素后,对Sn-Zn系无铅钎料钎焊性能、力学性能的影响以及Sn-Zn系无铅钎料界面反应及界面金属间化合物(IMC)的研究现状.简要综述了国内外有关Sn-Zn系无铅钎料专用助焊剂的研究状况,对Sn-Zn系无铅钎料今后的研究、改进及应用方面的前景和发展方向进行了分析与预测.     

松香ZnCl2基钎剂对Sn-Zn基无铅钎料润湿性的影响

以松香为载体,ZnCl2为活性剂,酒精为溶剂,乙二醇为添加剂,设计了不同钎剂配方,通过铺展性试验研究了钎剂成分对Sn-Zn基无铅钎料在铜上的润湿性的影响.研究结果表明:松香-ZnCl2-酒精-乙二醇钎剂的去膜作用是松香和ZnCl2共同作用的结果,随着钎剂中ZnCl2和松香配比的增加,钎料的铺展面积先增大后减小.钎剂中的酒精具有降低钎剂黏度的作用,酒精中的水分具有增强ZnCl2去除金属氧化膜能力的作用,从而使钎剂具有促进钎料在铜上铺展的能力,但是钎焊过程中钎剂飞溅大.钎剂中的乙二醇具有增大钎剂黏度,减少钎剂飞溅的作用,但具有降低钎料润湿性的作用.ZnCl2、天然松香、酒精和乙二醇进行适当配比配制的钎剂能明显改善Sn-Zn钎料的润湿性.     

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-Zn-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-Ag-Cu-In无铅钎料润湿性能及显微组织

在Sn-1.2Ag-0.6Cu合金中添加0～1.0%的In元素,研究了Sn-Ag-Cu-In无铅钎料的熔化温度、润湿性能及显微组织.结果表明,添加In元素对钎料的熔化温度有一定的降低作用,在相同的试验温度下,含铟钎料粘度更低,流动性更强,钎料的润湿性能随之改善.低银Sn-Ag-Cu钎料在空气中的润湿时间在260℃才达到...     

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.     

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、Al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-4 Bi-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.     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb无铅钎料润湿性

研究了微量Sb元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性的影响,采用润湿平衡法探讨了Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料在不同氛围和不同钎剂条件下的润湿性能.结果表明,微量的Sb元素可以显著提高Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性.在氮气氛围条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性得到显著改善,主要基于氮气氛围减小熔融钎料的氧化.辅助不同的钎剂,钎料的润湿性差异较大,选择合适的钎剂可以明显提高Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性.     

温度与镀层对Sn-Ag-Cu无铅钎料润湿性的影响

采用润湿平衡法测试了Sn-Ag-cu无铅钎料在两种试验温度下和三种基体上的润湿时间和润湿力,研究了钎焊温度对Sn-Ag-Cu无铅钎料在不同基体上润湿性能的影响。研究结果表明,温度升高显著提高无铅钎料对基体的润湿能力,在260℃时,Sn-Ag-Cu无铅钎料的润湿时间已接近Sn-Pb的润湿时间,润湿力大于Sn-Pb钎料的润湿力;Sn-Ag-Cu钎料在Ni／Au、SnBi镀层上的润湿时间明显小于在无镀层基体上的润湿时间,且Sn-Ag-Cu钎料在三种基体上的润湿时间分别较在235℃时下降了34％～67％。     

稀土铈在Sn-Zn无铅钎料表面的高温氧化行为

通过俄歇电子能谱法和X射线光电子能谱法研究了Sn-9Zn-0.15Ce和Sn-9Zn-0.002Al-0.2Ga-0.25Ag-0.15Ce两种钎料表面Ce元素的分布和存在形式.结果表明,铈在Sn-9Zn-0.15Ce钎料表面0~40 nm范围内的富集区浓度达到30%(原子分数)左右,是基体内部的250倍,主要以CeO2和Ce2O3形态存在.在Sn-9Zn-0.15Ce钎料中复合添加镓和铝后,Ga元素在钎料表面0~6 nm范围内富集,Al元素在表面2~20 nm范围内富集并主要以氧化态形式存在.Ce元素富集在距离钎料表面2~60 nm的范围内,处于Ga,Al元素富集层的下方;由Ga,Al元素富集层构成的致密保护膜可显著降低表面铈被氧化的概率.     

微量元素对Sn-Zn系钎料性能和组织的影响

介绍了当前Sn-Zn系钎料的研究现状,即国内外研究者通过添加各种微量元素,如Bi,Al,Ag,Cu,In,Ga以及稀土元素等来改善和提高Sn-Zn系的润湿性能、力学性能、微观组织的研究成果.并分析了Sn-Zn/Cu界面处的金属间化合物的生长动力学以及Sn-Zn系钎料合金化过程中出现的一些问题,并展望了Sn-Zn系钎料的发展趋势.     

亚共晶Sn-Zn系合金无铅焊料的性能

通过差热分析(DTA),研究Sn-xZn合金(x=2.5~9)的非平衡熔化性能,发现在加热速度为5℃/min时,Sn-6.5Zn与Sn-9Zn的熔化特性相同;通过浸润法和铺展法表征Sn-xZn合金在Cu基材表面上的润湿性。结果表明:Sn-6.5Zn在Cu基材表面上的润湿性优于Sn-9Zn。研究速率为10-3s-1和10-1s-1时Sn-xZn的拉伸性能,结果发现:Sn-6.5Zn的抗拉强度与Sn-9Zn的相当,而延伸率高于Sn-9Zn。以搭接焊及界面剪切实验研究Sn-xZn/Cu焊点界面强度,发现焊点界面剪切强度随x的增加而提高,在x≥6.5时趋于稳定;x=6.5时剪切力最大,表明Sn-6.5Zn在Sn-Zn系中具有最好的钎焊工艺性能。     

Sn-Zn系钎料专用助焊剂

采用铺展试验法研究了Sn-9Zn钎料配合自制Sn—Zn系钎料专用助焊剂、NH4Cl-ZnCl2助焊剂、树脂型助焊剂以及水溶性助焊剂在铜板上的铺展能力。结果表明,使用自制助焊剂A。匹配Sn-9Zn钎料铺展性能相比其它助焊剂铺展面积明显增大．自制助焊剂不含卤素,钎料的铺展面积最大为65．7mm2,相比NH4C1-ZnCl2助焊剂、树脂型助焊剂、水溶性助焊剂分别提高了16．1％,116．1％,85．1％．此外,复配助焊剂能进一步促进钎料在铜板上的铺展,最大铺展面积分别达到76．5,72．5mm2,控制磺酸亚锡的含量为20％（质量分数）,二乙醇胺,丁二酸的最佳添加量依次为8％,10％（质量分数）．     

复合添加Ga,Al,Ag对Sn-9Zn钎料性能的影响

采用润湿平衡法研究了合金元素Ga,Al,Ag复合添加对Sn-9Zn钎料润湿性的影响.结果表明,Ga,Al,Ag的最佳添加量分别为0.2,0.002,0.25(质量分数,%);添加合金元素后钎料的高温抗氧化性能显著提高.俄歇电子能谱分析表明,Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料表面Al高度富集并形成一层致密的氧化膜,可阻挡氧向液态钎料内部扩散,减少钎料的氧化.Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料与Cu/Ni/Au基板之间的金属间化合物由一层平坦的AuZn3和颗粒状的AuAgZn2化合物组成.另外,微焊点力学试验表明,采用Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料时,电子元器件与基板间微焊点的力学性能比Sn-9Zn钎料略有提高.     

Effects of Al, Ga, and Ag on the anti-oxidation and wetting reactions of Sn-9Zn-X solders

The effects of Ca, Al, and Ag on the anti-oxidation of Sn-9Zn-X solders and the interface reactions between the solders and Cu substrate were investigated by Auger electron spectroscopy (AES) and scanning electron microscope (SEM) analysis, respectively. The mechanism of improving the wettability of Sn-g Zn lead-flee solder by adding Ca, Al, and Ag was also revealed. The AES analysis indicated that Al and Ca might enrich on the molten solder surface which resulted in improving the anti-oxidation of Sn-gZn-O. O05Al and Sn-gZn-O. 3C, a alloys. The addition of Ca reduced the apparent activation energy and promoted the interface reaction. With the addition of 0.3 wt. % Ag, some scallop-like intermetallic compounds (IMCs) formed at the interface, according to the energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis, these scallop-like IMCs might be the mixture of Ag-Zn and Cu-Sn compounds.     

锡锌合金镀层钼酸盐钝化及耐蚀性研究

锡锌合金是良好的防护性镀层,典型的合金组成为含锌25％左右。本文采用钼酸盐钝化处理,可进一步提高合金的耐蚀性;用AES和XPS方法对钝化膜进行了分析,并对钝化膜的性质和耐磨性进行了讨论。