Ag、Ga、Al及Ce对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

题名:Ag、Ga、Al及Ce对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响
作者:陈文学
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:Sn-9Zn无铅钎料;;润湿性能;;力学性能;;显微组织;;界面
摘要:

 鉴于铅的毒性和相关禁铅的法令,关于无铅钎料的研究已在世界范围内得到了广泛的关注。其中,Sn-Zn系钎料由于熔点最为接近传统的Sn-Pb钎料,而备受关注。但由于其抗氧化性能差、润湿性能不佳,很难直接应用于电子产品Magnetic lifter中。本文根据电子工业无铅钎料的发展需要和生产工艺的特点,分别研究了Ag、Ga、Al及Ce的添加量对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响规律。

 试验结果表明:Sn-9Zn钎料中Ag元素的最佳添加量在0.3wt.%左右。添加0.3wt.%Ag后,钎料的抗氧化性能明显增强,润湿性能达到最佳;当Ag的添加量为0.3wt.%时,焊点拉伸力提高了27.2%,断口组织最为细小均匀,添加1.0wt.% Ag后,焊点拉伸力有所下降,在断口韧窝底部有硬而脆的Cu-Zn、Ag-Zn化合物相;Sn-9Zn钎料由灰色基体组织(富Sn相)和黑色针状组织(富Zn相)两相组成,添加Ag后,黑色针状富Zn相逐渐减少,添加0.5wt.%Ag后,钎料中会形成Ag-Zn金属间化合物相;Sn-9Zn/Cu界面处形成比较平坦的Cu5Zn8化合物层,添加0.3wt.%Ag后,在平坦的Cu5Zn8化合物层上出现颗粒状的AgZn3化合物相,随着Ag含量的增加,AgZn3化合物相逐渐聚集长大成扇贝状的化合物层。

 Sn-9Zn钎料中Ga元素的最佳添加量在0.5wt.%左右。Ga是表面活性元素,会在钎料表面富集,改善钎料的润湿性能;添加0.5wt.%Ga后,焊点力学性能变化不大,焊点的拉伸力仅提高了2.8%,断口呈现韧性断裂,添加3.0wt.%Ga后,焊点拉伸力有较大幅度下降,断口呈现沿晶断裂;当Ga元素的添加量为0.5wt.%时,钎料组织http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter均匀,当Ga元素的含量为3.0wt.%时,在晶界处析出黑色富Ga相;界面处Cu5Zn8金属间化合物的厚度随Ga含量的增加而变厚。

 Sn-9Zn钎料中Al元素的最佳添加量在0.005wt.%左右。微量Al添加到钎料中,液态钎料表面会形成致密的氧化铝膜,阻碍了内部钎料的氧化,从而提高了钎料的抗氧化性能,明显改善了钎料的润湿性能;Al元素添加后,Sn-9Zn钎料焊点力学性能变化不大,断口形貌亦无明显变化;少量Al元素添加后,针状富Zn相尺寸有所减小,Al含量添加至0.1wt.%时,Al元素在晶界处偏析;

 由于Al元素的添加量较少,故在钎料中添加Al元素后界面形貌变化不大。Sn-9Zn钎料中稀土元素Ce的最佳添加量在0.08wt.%左右。Ce是表面活性元素,适量添加后,钎料的润湿性能有所改善;当Sn-9Zn钎料中Ce的添加量为0.08wt.%时,焊点拉伸力提高了27.6%,断口组织较为细小均匀,当Ce元素含量增加到0.1wt.%时,焊点拉伸力有所下降,断口韧窝底部出现了硬而脆的Cu-Zn化合物相;添加0.08wt.%Ce后,钎料组织较为细小均匀,Ce含量增加至0.1wt.%时,钎料中出现颗粒状的Sn-Ce化合物相;添加0.1wt.%Ce以后,界面处Cu5Zn8金属间化合物的厚度有所增大。

 本文研究结果对于新型Sn-Zn系无铅钎料的研究与应用具有较好的理论参考价值。
学位年度:2010