无铅软钎料合金及其焊接性能

日本专利2005—131705号介绍了一种Sn—Zn—In—Ag系软钎料合金，Sn、Zn、In、Ag的组成比为：3．0重量％〈Zn〈5．0重量％、0．1重量％≤In≤4．0重量％、0．1重量％≤Ag≤0．4重量％，余量为Sn。另外，提供一种由所述软钎料合金和焊剂构成的无铅软钎料材料，可解决以往的Sn—Zn（-Bi、-Al）系无铅软钎料存在的起因于Zn的在高温高湿度下与Cu电极的接合强度降低的问题。     

合金元素添加对锡基无铅钎料性能的影响

对现阶段常用的无铅钎料进行了综合分析和概括评述,总结了各种钎料的特点和存在的缺陷,重点介绍了Ag、Bi、RE、Ni、Cu、In、Sb、Al、P、Ga等合金元素添加对Sn基无铅钎料性能的影响,并分析了利弊所在,为新型无铅钎料的研发提供了参考依据。     

Sn-6Bi-2Ag(Cu, Sb)无铅钎料合金微观组织分析

利用差示扫描量热计 (DSC)测定了Sn 6Bi 2Ag ,Sn 6Bi 2Ag 0 .5Cu ,Sn 6Bi 2Ag 2 .5Sb三种新无铅钎料合金的熔化温度。结果表明 ,少量Cu的加入能降低Sn Bi Ag系无铅钎料合金的熔化温度 ,而Sb的加入使合金的熔化温度升高。利用光学显微镜 (OM )、扫描电子显微镜 (SEM )、能谱分析 (EDX)对合金的微观组织进行了分析与比较 ,钎料合金的微观组织与冷却条件和合金元素的含量有关 ,Sb的加入使析出相的尺寸细化。硬度测定表明Sn Bi Ag(Cu ,Sb)无铅钎料合金的硬度远大于纯Sn的硬度 ,加入少量的Cu(0 .5 % ) ,Sb(2 .5 % )对Sn Bi Ag系钎料合金的硬度影响较小     

Ag和Ni元素对Sn-Sb-Cu无铅钎料熔化温度和铺展性能的影响

在Sn-Sb-Cu三元钎料合金中添加微量元素Ag和Ni,通过合金化形成Sn-Sb-Cu-Ag和Sn-Sb-Cu-Ni两种新型四元无铅钎料合金,以改善基体钎料性能.结果表明,在Sn-Sb-Cu钎料合金中添加微量元素Ag,合金熔化温度较基体钎料下降,铺展面积增大,这与钎料过热度增大,形成弥散低熔点相SnAg和液态钎料表面张力减小有关;添加微量元素Ni,合金熔化温度较基体钎料下降,铺展性能稍稍变差,这是因为添加微量元素Ni后,Sn-Sb-Cu-Ni液态钎料粘度提高,表面张力增大.且在钎料与铜基板处形成了多面体形状(Cu,Ni)6Sn5,且该相覆盖在Cu6Sn5表面,不利于液态钎料的润湿铺展.     

Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料合金体系的热力学计算及预测

利用周模型对Sn—Ag—Cu—Ce无铅钎料合金体系进行了热力学计算预测。热力学计算结果表明，Ag、Cu含量(质量分数)分别为0．5％-4．5％时，当Ce的含量(质量分数)超过0．05％时，体系达到化学平衡状态；当Ce的含量(质量分数)达到0．6％左右时，Sn、Ag、Cu分别都出现了“等活度系数”现象。这一研究结果可为无铅钎料合金的成分设计提供理论指导。     

Bi对Sn3.5Ag共晶合金钎料性能的影响

研究了添加Bi元素对Sn3.5Ag共晶合金钎料性能的影响,对Sn3.5AgxBi(x=0,3,5,7)钎料的熔点、力学性能和热蠕变性能与传统Sn37Pb钎料作了对比试验分析.结果表明:Sn3.5Ag5Bi钎料具有良好的综合性能,实用价值较高,Bi的添加量应控制在5%左右,过多的Bi元素会导致钎料的液固相线温度差增大,韧性下降.     

Sn-Ce-Me无铅钎料合金活度相互作用系数的计算及应用

采用周模型计算分析了Sn-Ce-Me(Me=Pb、Bi、zn、Sb、Ag、Cu、Cd)三元合金系中，Ce与Sn以及Ce与Me之间的活度相互作用系数。计算结果表明，不仅在Sn-Pb-Ce中，Ce存在“亲Sn”现象，在其它6个三元无铅钎料合金体系中，如Sn-Bi-Ce、Sn-Sb-Ce、Sn-zn-Ce、Sn-Cd-Ce、Sn-Ag-Ce、Sn-Cu-Ce，Ce也同样存在着“亲Sn”现象。其研究结果可为新型无铅钎料的研究提供理论分析依据。     

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.     

锡镀层对BAg50CuZn钎料性能的影响

以BAg50CuZn钎料为研究对象,在其表面电镀锡,借助扫描电镜(SEM)观察锡镀层的表面形貌,采用差热分析仪(differential scanning calorimetry,DSC)和润湿试验炉分析锡镀层对合金钎料熔化温度和润湿性能的影响,并对镀覆锡后合金钎料的成分进行了讨论.结果表明,随着钎料表面镀覆Sn元素含量增加,合金钎料的DSC吸热峰向左偏移、熔化温度降低,钎料的润湿铺展性能呈上升趋势.在镀覆Sn元素含量为4.8%(质量分数)时,合金钎料表面锡镀层平整、致密,钎料的铺展面积最大,为236 mm2.镀覆元素Sn后的钎料中,Ag,Cu,Zn元素含量均减少,元素含量降低幅度大小顺序依次为Cu,Ag,Zn.     

锌对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪等仪器设备,研究添加元素Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响.结果表明:Zn与Ag、Cu形成AgZn和CuZn3化合物,能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织,降低Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金的润湿性,同时可提高Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金抗拉强度.     

锌对共晶锡铋合金的电迁移可靠性的影响

本文选取了应用最为广泛的无铅钎料之一的共晶锡铋合金进行研究,对其进行锌的掺杂,以期透彻的了解锌对无铅钎料在电迁移作用下的行为。研究结果显示,在钎焊结束之后,电流加载之前,掺入的锌会通过促进合金晶粒粗化在一定程度上降低焊点的抗拉强度。但是对焊点进行电流密度为104 A/cm2的电流加载100h后,锌的掺入可以避免锡铋合金中锡相与铋相晶粒之间形成缝隙,从而对焊点的可靠性有显著的提升。     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

In situ investigation of SnAgCu solder alloy microstructure

In situ X-ray diffraction experiments, using synchrotron radiation, were employed to analyze microstructure evolution of the 96.5Sn3Ag0.5Cu (wt.%)—SAC305 lead-free solder alloy during heating (30-240 °C), isothermal dwell (240 °C) and cooling (240-30 °C). The special emphasis was placed on the study of the melting and solidification processes, explaining formation, distribution and the order of crystallization of the crystal phases (β-Sn, intermetallic compounds) in the solder alloy. Furthermore, thermal expansion behaviour of the main constituent phase β-Sn was analyzed prior to melting and after the consequent solidification.     

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料合金显微组织和性能的影响.试验发现,微量Er的添加,使Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金的熔化温度稍有降低,铺展面积有所增加,抗剪强度有所提高.通过显微组织观察,加Er后网状共晶物体积百分比增大,初晶金属间化合物(IMC)的尺寸变小.微量Er抑制了时效过程钎料与铜基体界面IMC层(IML)的增厚,时效400 h后差别更明显,有利于提高钎料接头的可靠性.指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金.