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.     

无铅钎料开发研究现状

综述了国内外无铅钎料开发的新进展和部分钎料的应用情况,重点介绍了合金元素对Sn-Zn和Sn-Ag两种合金系的性能影响。结合目前的研究成果,详细介绍了无铅钎料开发的现状及前景。     

P元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性、润湿性以及显微组织的影响

为改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性和润湿性差的问题,在钎料中添加了P元素,研究了微量P元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性、润湿性以及显微组织的影响。制备了含不同质量分数P元素的Sn-0.3Ag-0.7Cu-xP (x=0%, 0.005%, 0.010%, 0.015%, 0.020%)钎料。以实验的方式测试了钎料的抗氧化性以及润湿性,并使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察了显微组织。结果表明：随着P含量的增加,钎料的抗氧化性和润湿性显著提高。当P含量达到0.020%时,与不添加P元素的钎料相比,在250℃保温30 min后的氧化渣质量由2.25 g减少到0.79 g。此时,钎料的铺展面积和润湿力也达到最大,分别为65.74 mm²和5.04 mN,润湿时间为0.96 s。添加微量P元素未改变钎料的相组成,其显微组织主要由β-Sn、Ag₃Sn与Cu₆Sn₅三种相构成。随着P含量的增加,Ag₃Sn的形态由粒状向片状转变。     

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。     

稀土元素对Sn-0.2Ag-0.7Cu钎料合金物理性能的影响

在筛选出综合性能较好的Sn-0.2Ag-0.7Cu钎料合金中,添加微量混合稀土元素(RE)以提高钎料的焊接性能。研究了稀土的添加量对其熔化温度、电导率和固–液相线温差等焊接性能的影响。结果表明:添加w(RE)为0.1%~0.5%时,固–液相线温差小于15℃,符合现行钎焊工艺要求,且对钎料合金的熔化温度和电导率影响不大。     

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。     

中国无铅钎料专利研究报告

本文涵盖了自1995年至2005年所有涉及到无铅钎料的中国专利。报告的钎料范围是用于表面组装技术，有明确限定成分和成分质量比的Sn基无铅钎料（无铅焊料）。报告的主要内容包括无铅钎料专利的申请者情况及申请和授权情况；在申请专利钎料中Sn-Zn系、Sn-Ag系、Sn-Bi系和Sn-Cu系的数量分布情况以及钎料所含元素情况；国外申请者申请和授权情况；制备方法的情况。最后指出了我国的无铅钎料专利领域存在的问题和发展方向。     

稀土改性的Sn-58Bi低温无铅钎料

研究了微量稀土对Sn-58Bi低温钎料的改性作用.试验添加质量分数为0.1 ?组混合稀土的无铅材料,并对比Sn-58Bi和Sn-58Bi0.5Ag合金.观察了钎料显微组织的变化并做了定量分析,采用DSC测试了钎料的熔化温度,同时测量了钎料的润湿性能、接头强度与硬度.结果表明,微量稀土添加细化了Sn-58Bi钎料合金的显微组织,对钎料的熔化温度几乎没有影响,能显著改善Sn-58Bi钎料的润湿性能和接头剪切强度,而且改善的程度优于添加微量Ag对Sn-58Bi钎料的作用.     

无铅软钎料的新进展

从环保角度出发,阐述了无铅钎料使用的必然性。介绍了国外无铅钎料的开发情况,尤其是近几年的进展。指出了现阶段研制的无铅钎料与市场要求的差距,提出相应对策。     

微合金化对Sn-9Zn基无铅钎料润湿性能的影响

熔炼制备了纯的以及含微量Al、Mg、Ti、Bi、重稀土Y、混合轻稀土RE和一种富P非金属活性组元NM的Sn-9Zn基合金,通过测量这些合金以及商用Sn-37Pb焊料在铜基板上的铺展面积比较了它们对铜的润湿性能。结果表明Al、Ti和 Mg不利于提高合金在铜上的润湿性或附着力;Y的改善作用不大;而Bi、RE和NM则能明显改善Sn-9Zn合金对铜的润湿性。在此基础上进一步研究了RE和NM含量对Sn-9Zn润湿性能的影响。以铺展面积衡量,本研究所达到的最佳改善效果使Sn-9Zn合金对铜的润湿性由Sn-37Pb焊料润湿性水平的45.4%提高到了70.3%。     

New lead-free,Sn-Zn-In solder alloys

In view of the need for a lead-free, drop-in replacement for the widely used 40Pb-60Sn near-eutectic solder (m.p. ~183°C), new Sn-Zn-ln based alloys with substantially the same melting point have been developed. It is shown that the alloying additions of In to the Sn-Zn binary system result in a suppression of the melting point to 175-188°C, and at the same time significantly improve the wetting characteristics. While a relatively active flux may be required for good solderability in air atmosphere, the recent manufacturing trend of using inert atmospheres is likely to allow acceptable manufacturability using less active fluxes in the future.     

Sn-8Zn-3Bi无铅焊料的表面改性

采用液相法用有机物改性剂对Sn-8Zn-3Bi焊料进行表面包覆改性,以改善焊料的润湿性能及抗氧化性能。对包覆样品进行了红外光谱表征。考察了样品的抗氧化性、润湿性能和存储性能。结果表明:采用液相法可以实现在Sn-8Zn-3Bi焊料表面包覆有机物。以有机物C为改性剂,且用量为2%(质量分数)时得到的改性样品的润湿角θ为7.8°,铺展面积S为108.83mm2,而未被改性的焊料θ为10.74°,S为93.40mm2。     

The thermal property of lead-free Sn-8.55Zn-1Ag-XAl solder alloys and their wetting interaction with Cu

The wetting behaviors between the quaternary Sn-8.55Zn-1Ag-XAl solder alloys and Cu have been investigated with the wetting balance method. The Al contents, x, of the quaternary solder alloys investigated were 0.01–0.45 wt.%. The results of differential scanning calorimeter (DSC) analysis indicate that the solders exhibit a solid-liquid coexisting range of about 7–10°C. The solidus temperature of the quaternary Sn-8.55Zn-1Ag-XAl solder alloys is about 198.2°C, while the liquidus temperatures are 205–207°C. The experimental results showed that the wettability of the Sn-8.55Zn-1Ag-XAl solder alloys is improved by the addition of Al. The mean maximum wetting force of the solders with Cu is within 0.75–1.18 mN and the mean wetting time is around 1.0–1.1 sec, better than the ∼1.3 sec of eutectic Sn-9Zn and Sn-8.55Zn-1Ag solder alloys. The addition of Al also depresses the formation of ε-Ag-Zn compounds at the interface between Sn-8.55Zn-1Ag-XAl solders and copper.     

Sn-Zn-Al无铅钎料的助焊剂研究

Sn-Zn-Al三元合金是一种抗氧化性较好的钎料合金,润湿性不良是阻碍其应用的主要问题。通过铺展率测量来研究不同助焊剂对Sn-Zn-Al钎料的助焊性能。结果表明:在传统的松香助焊剂中添加环己胺氢溴酸盐或乙酰胺可以显著提高其活性,使Sn-Zn-Al钎料在铜片上的铺展率显著提高;当环己胺氢溴酸盐与乙酰胺以复配的形式混合加入时,其改善润湿性的效果进一步提高,二者的最佳质量比为1.0:1.5。使用复配助焊剂的焊点饱满光亮,接头平整,无明显缺陷,显示其对Sn-Zn-Al钎料具有良好的助焊效果。     

Cyclic softening of the Sn-3.8Ag-0.7Cu lead-free solder alloy with equiaxed grain structure

Low-cycle fatigue behavior of the Sn-Ag-Cu ternary-eutectic alloy was investigated under a fully reversed loading condition. The solder alloy exhibited cyclic softening early in the fatigue life and continued to soften as the number of fatigue cycles increased. Following cyclic loading, numerous microcracks were found in the microstructure. Most of the microcracks were located along the grain boundaries in the areas with finer grains. The areal density of the microcracks increased with both strain amplitude and cycle number. By combining percolation theory with microcracking analysis, the cycle-dependent softening behavior was shown to result from accumulation of microcrack density with fatigue cycles.     

微量元素对Sn-0.7Cu无铅钎料抗氧化性能的影响

以Sn-0.7Cu系无铅钎料合金为基础,添加微量的P、Ge、Ga、RE元素,进行了280℃大气环境下氧化试验,通过对含有不同微量元素的无铅钎料表面氧化状况的对比及分析,研究了不同微量元素对Sn-0.7Cu无铅钎料抗氧化性能的影响。发现当P和Ga同时添加时,得到Sn-0.7Cu-(0.001~0.1)P-(0.0001~0.1)Ga无铅钎料的抗氧化性能高于Sn-0.7Cu-(0.001~0.1)P和Sn-0.7Cu-(0.0001~0.1)Ga的抗氧化性能。     

回流焊对SnAgCuBi/Cu焊点IMC及剪切强度的影响

利用金相显微镜和扫描电镜对多次回流焊后的Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Cu焊点IMC和剪切断口形貌进行了观察和分析。结果表明:Bi的加入提高了接头剪切强度,且随着Bi含量的增加而增加,当w(Bi)为4.5%时达最大值45.07MPa,同时Bi的加入有效抑制了焊点IMC的增长。经过5次回流焊后,未加入Bi的焊点剪切强度由24.55MPa下降到20.82MPa,而加入w(Bi)为3.0%的焊点剪切强度由35.95MPa下降到32.46MPa。