Ag、Ca、Al及Ce對Sn-9Zn無鉛釬料性能的影響.pdf

1、鑒于鉛的毒性和相關(guān)禁鉛的法令,關(guān)于無鉛釬料的研究已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。其中,Sn-Zn系釬料由于熔點(diǎn)最為接近傳統(tǒng)的Sn-Pb釬料,而備受關(guān)注。但由于其抗氧化性能差、潤濕性能不佳,很難直接應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。本文根據(jù)電子工業(yè)無鉛釬料的發(fā)展需要和生產(chǎn)工藝的特點(diǎn),分別研究了Ag、Ga、Al及Ce的添加量對Sn-9Zn無鉛釬料性能的影響規(guī)律。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明:Sn-9Zn釬料中Ag元素的最佳添加量在0.3wt.％左右。添加0

2、.3wt.％Ag后,釬料的抗氧化性能明顯增強(qiáng),潤濕性能達(dá)到最佳；當(dāng)Ag的添加量為0.3wt.％時(shí),焊點(diǎn)拉伸力提高了27.2％,斷口組織最為細(xì)小均勻,添加1.0wt.％Ag后,焊點(diǎn)拉伸力有所下降,在斷口韌窩底部有硬而脆的Cu-Zn、Ag-Zn化合物相；Sn-9Zn釬料由灰色基體組織(富Sn相)和黑色針狀組織(富Zn相)兩相組成,添加Ag后,黑色針狀富Zn相逐漸減少,添加0.5wt.％Ag后,釬料中會(huì)形成Ag-Zn金屬間化合物相；Sn-9Z

3、n/Cu界面處形成比較平坦的CusZns化合物層,添加0.3wt.％Ag后,在平坦的Cu5Zn8化合物層上出現(xiàn)顆粒狀的AgZn3化合物相,隨著Ag含量的增加,AgZn3化合物相逐漸聚集長大成扇貝狀的化合物層。
　　 Sn-9Zn釬料中Ga元素的最佳添加量在0.5wt.％左右。Ga是表面活性元素,會(huì)在釬料表面富集,改善釬料的潤濕性能:添加0.5wt.％Ga后,焊點(diǎn)力學(xué)性能變化不大,焊點(diǎn)的拉伸力僅提高了2.8％,斷口呈現(xiàn)韌性斷裂,添

4、加3.0wt.％Ga后,焊點(diǎn)拉伸力有較大幅度下降,斷口呈現(xiàn)沿晶斷裂；當(dāng)Ga元素的添加量為0.5wt.％時(shí),釬料組織均勻,當(dāng)Ga元素的含量為3.0wt.％時(shí),在晶界處析出黑色富Ga相；界面處Cu5Zn8金屬間化合物的厚度隨Ga含量的增加而變厚。
　　 Sn-9Zn釬料中Al元素的最佳添加量在0.005wt.％左右。微量Al添加到釬料中,液態(tài)釬料表面會(huì)形成致密的氧化鋁膜,阻礙了內(nèi)部釬料的氧化,從而提高了釬料的抗氧化性能,明顯改善了釬

5、料的潤濕性能；Al元素添加后,Sn-9Zn釬料焊點(diǎn)力學(xué)性能變化不大,斷口形貌亦無明顯變化；少量Al元素添加后,針狀富Zn相尺寸有所減小,Al含量添加至0.1wt.％時(shí),Al元素在晶界處偏析；由于Al元素的添加量較少,故在釬料中添加Al元素后界面形貌變化不大。
　　 Sn-9Zn釬料中稀土元素Ce的最佳添加量在0.08wt.％左右。Ce是表面活性元素,適量添加后,釬料的潤濕性能有所改善；當(dāng)Sn-9Zn釬料中Ce的添加量為0.08w

6、t.％時(shí),焊點(diǎn)拉伸力提高了27.6％,斷口組織較為細(xì)小均勻,當(dāng)Ce元素含量增加到0.1wt.％時(shí),焊點(diǎn)拉伸力有所下降,斷口韌窩底部出現(xiàn)了硬而脆的Cu-Zn化合物相；添加0.08wt.％Ce后,釬料組織較為細(xì)小均勻,Ce含量增加至0.1wt.％時(shí),釬料中出現(xiàn)顆粒狀的Sn-Ce化合物相；添加0.1wt.％Ce以后,界面處Cu5Zn8s金屬間化合物的厚度有所增大。
　　 本文研究結(jié)果對于新型Sn-Zn系無鉛釬料的研究與應(yīng)用具有較好的理