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。     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi低银无铅钎料的润湿性

以Bi为添加剂对低银型Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料进行改性,应用SAT—5100型润湿平衡仪对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi(x=0,1,3和4.5)钎料的润湿性能作了对比分析。结果表明:适量Bi元素的加入可以改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料合金的润湿性能,且在240℃下Sn-0.3Ag-0.7Cu-3.0Bi无铅钎料具有最佳的润湿性能,在250℃其润湿力达到最大值3.2×10–3N/cm。     

Ti对Sn0.7Cu无铅钎料润湿性和界面的影响

研究了Ti的加入对Sn0.7Cu无铅钎料润湿性能以及钎料/Cu界面微观组织的影响.结果表明:在Sn0.7Cu中添加微量Ti,提高了钎料的润湿性能,可使铺展面积提高5％左右,当钎焊时间为3s时,界面金属间化合物(IMC)形貌由原来的扇贝状变为锯齿状;随着钎焊时间延长,Sn0.7Cu/Cu和Sn0.7Cu0.008Ti/C...     

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。     

磁场对Sn-0.3Ag-0.7Cu焊点显微组织及性能影响研究

以Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)低银无铅钎料焊点为研究对象,在焊点凝固过程中施加2.3T匀强磁场,通过观察低银无铅焊点显微组织变化,揭示磁场对焊点凝固及固态扩散行为影响;利用Fe、Ni增强元素对比得出SAC0307在不同环境下的凝固和固态扩散行为。将焊点置于电流密度为3×10~3 A/cm~3的磁电耦合环境下,观察了磁电耦合条件下焊点的显微组织演变过程,并总结了磁场对焊点电迁移行为的影响。结果表明:静磁场条件下,焊点界面处IMC形态由扇贝状向针状转变;IMC倾向于向钎料内部快速生长;Fe、Ni的加入进一步促进IMC生长。     

合金元素对Sn-Zn基无铅钎料高温抗氧化性的影响

研究了不同微量合金元素对Sn-Zn基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,Al、Cr能明显改善Sn-Zn基钎料的抗氧化性能。通过俄歇能谱深度剖析和X射线衍射分析探讨了合金元素的抗氧化机理:Al和Cr在钎料表面或亚表面富集,形成阻挡层,抑制了钎料的氧化。比较了合金元素对Sn-Zn基钎料润湿性能的影响,结果表明Al的加入不利于钎料的铺展。通过实验得出结论:Cr是一种比Al更具有吸引力的Sn-Zn基钎料的高温抗氧化合金元素。     

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。     

Sn-0.7 Cu钎料的蠕变性能研究

采用一种微型圆形截面试件对Sn-0.7Cu在23,60,90,120℃时进行了蠕变性能研究。引入门槛应力值方法(threshold stress approach)来描述Sn-0.7Cu的蠕变性能。得出在低温区蠕变真实应力指数为7,高温区蠕变真实应力指数为5。并确定了Sn-0.7Cu的蠕变本构方程。     

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。     

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。     

SnAgCu体钎料及BGA焊球焊点纳米级力学性能

为了研究低银Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅体钎料、BGA焊料小球和BGA焊点的力学行为,基于物理反分析的方法采用纳米压痕仪对其进行实验。从压痕载荷–深度曲线提取出弹性模量、硬度和蠕变速率敏感指数。结果表明:体钎料的杨氏模量和蠕变速率敏感指数大约是BGA焊料小球和BGA焊点的2.5倍,验证了尺寸效应理论。采用纳米压痕仪测出的体钎料维氏硬度(15.101HV)小于显微硬度计的测量结果(20.660HV)。     

液态时效对Sn-0.7Cu焊点界面形貌及力学性能的影响

对不同温度下Sn-0.7Cu/Cu界面金属间化合物的生长进行了研究并对其拉伸性能进行了测试,计算了液态下Sn-0.7Cu/Cu界面IMC的扩散系数。研究结果表明,液态时效的过程中,界面Cu_6Sn_5晶粒尺寸逐渐增大,界面晶粒变得致密,Cu_6Sn_5晶粒表面产生新的凸起,并逐渐沿高度方向生长。液态时效下,界面IMC的生长受到扩散机制控制,其扩散系数高出固态时效2个数量级。随着时效时间的增加,焊点的抗拉强度先下降后趋于稳定,断裂方式由韧性断裂向解理断裂转变。     

Sn-3.7Ag-0.9Zn无铅钎料合金压入蠕变性能研究

采用自制的压入蠕变装置,研究了共晶型Sn-3.7Ag-0.9Zn无铅钎料合金在333~418K,压入应力为34.1~75.3MPa时的压入蠕变性能,并获得其稳态压入蠕变速率的本构方程;利用XRD和SEM对合金蠕变前后的成分和微观组织进行了分析。结果表明:Sn-3.7Ag-0.9Zn无铅钎料合金的应力指数n为4.6,蠕变激活能Qc为82.03kJ/mol,材料的结构常数A为1.74×10–5,其压入蠕变机制主要是由位错攀移运动控制的蠕变;金属间化合物Ag3Sn、AgZn提高了合金的抗压入蠕变性能。     

Ag对Sn-9Zn合金钎料组织及性能的影响

用莱卡显微镜、XRD研究添加元素Ag对Sn-9Zn钎料组织及性能的影响。结果表明:Ag与Zn形成AgZn3化合物,能抑制粗大针状富Zn相的形成,可使Sn-9Zn钎料合金的润湿性提高20%,并明显改善Sn-9Zn的耐蚀性。     

新型低银钎料SAC0307X的研究

研究了一种新型低银无铅钎料SAC0307X的合金组织结构、熔化特性、力学性能、润湿性、熔铜性和抗氧化特性,并与SAC0307和SAC305进行了对比,结果显示SAC0307X抗拉强度55 MPa,延伸率48%,与SAC305相当;熔点为212.4~227.5℃,固相线相比SAC0307有所下降;最大润湿力0.54 m N,润湿时间0.79 s,均优于SAC305;另外在熔铜率、抗氧化性等方面均优于钎料SAC305。     

回流焊对SnAgCu焊点IMC及剪切强度的影响

研究了回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNi/Cu(x=0,0.05)焊点的界面反应及其剪切强度的影响。结果表明:随着回流焊次数的增加,界面金属间化合物(IMC)Cu6Sn5和(Cu1-xNix)6Sn5的厚度均增加。在钎料中添加w(Ni)为0.05%,可有效抑制IMC的生长,与回流焊次数无关。回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.05Ni/Cu的剪切强度影响都不大,五次回流焊后剪切强度略有下降,剪切强度分别为21MPa和25MPa。发现断裂面部分在钎料中,部分在钎料和IMC之间。     

(Sn-9Zn)-xBi钎料组织性能研究

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪及电化学测试系统等仪器设备,对(Sn-9Zn)-xBi(x=0,1,3和5)钎料组织性能进行研究.结果表明:当x小于5时,Bi可明显影响(Sn-9Zn)-xBi钎料中富Zn相尺寸及分布,钎料的熔化温度随Bi含量的增加而降低至188℃;钎料的润湿性随Bi含量增加而得到改善,其中以x在1～3为最...     

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.     

Y2O3增强Sn-3Ag-0.5Cu复合无铅钎料

研究了稀土氧化物颗粒增强复合无铅钎料Sn-3Ag-0.5Cu-Y2O3的钎焊接头的显微组织形貌、性能特点及有关影响机制.结果表明:Y2O3增强颗粒均匀分布于Sn-3Ag-0.5Cu钎料基体中,不仅细化了钎焊接头中共晶相Ag3Sn和Cu6Sn5相颗粒尺寸,而且也显著提高了钎焊接头的剪切强度.另外适量Y2O3颗粒的添加对钎料润湿性影响不大.     

颗粒增强Sn-Ag基无铅复合钎料显微组织与性能

通过外加法向Sn-3.5Ag焊料中加入体积分数为10%的微米级Cu、Ni颗粒制备了无铅复合钎料,对钎料的显微组织、拉剪及润湿性能进行了研究。结果表明,颗粒周围以及基板界面处的显微组织中生成了金属间化合物,其形态及大小因加入颗粒而不同。颗粒的加入提高了钎料钎焊接头的剪切强度,其中Cu颗粒增强的接头的剪切强度提高了33%,Ni颗粒的提高了20%。两种复合钎料的铺展面积均下降了约15%,其中Cu颗粒增强复合钎料润湿角由11°增加到18°。