低熔點(diǎn)Sn-Bi基無(wú)鉛焊料研究.pdf

1、釬焊廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域利用釬焊來(lái)解決材料連接的問題。在很多情況下，待焊接的器件對(duì)溫度很敏感，需要在200℃甚至更低的焊接溫度下進(jìn)行焊接，由此帶來(lái)低溫釬焊的問題。在散熱器行業(yè)中，為了提高散熱效率，采用鋁銅材料復(fù)合制作散熱器，由此帶來(lái)鋁銅之間的焊接問題。然而在鋁低溫釬焊領(lǐng)域存在技術(shù)空白，導(dǎo)致鋁銅焊接得不到有效解決，需要研究開發(fā)一種適用于低溫鋁釬焊的合金材料。
　　 錫鉛焊料是近幾十年來(lái)電子行業(yè)中廣

2、泛應(yīng)用的一種連接材料，但鉛及其化合物是有毒物質(zhì)，對(duì)人體健康危害極大。近年來(lái)各國(guó)相繼通過立法禁止使用含鉛的產(chǎn)品，無(wú)鉛焊料的開發(fā)也成為現(xiàn)在科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。無(wú)鉛焊料主要有Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn和Sn-Bi四大體系，但Sn-Ag、Sn-Cu和Sn-Zn系列焊料因熔點(diǎn)較高，無(wú)法滿足低溫焊接的需要。Sn-Bi二元合金共晶溫度只有138℃，能夠滿足低溫焊接的溫度要求。但Sn-58Bi共晶中含有高含量的Bi，難以滿足大規(guī)模工業(yè)化使用的要

3、求。本文采用合金化的方法，分別添加Sb和Zn制備三元合金焊料，在保證合金的熔點(diǎn)滿足低溫釬焊要求的前提下，盡量降低合金中Bi的含量，同時(shí)提高焊料的潤(rùn)濕性，得到了有良好應(yīng)用前景的Sn-Bi-Sb和Sn-Bi-Zn三元合金。
　　 在Sn-Bi合金中加入Sb，合金中出現(xiàn)包共晶組織，隨著Sb含量的升高，合金中包共晶組織逐漸增加。DSC分析結(jié)果表明，隨著Bi含量的降低，合金的熔點(diǎn)逐漸升高，熔程逐漸擴(kuò)大，當(dāng)Bi含量為48％時(shí)合金的熔點(diǎn)在17

4、0℃左右，能夠滿足低溫焊接需要。Bi含量為48％時(shí)，隨著Sb含量的升高，合金的熔點(diǎn)和熔程先升高后降低，初生相發(fā)生變化。鋪展實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在190℃下Bi含量為48％時(shí)合金的鋪展率達(dá)到最大值，繼續(xù)改變Sb含量，從1％增加到3％，合金在銅片上的鋪展率呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)Sb含量為2％時(shí)合金的鋪展率最高，為78.2％，明顯高于Sn58Bi焊料。但Sn-Bi-Sb合金在鋁表面難以潤(rùn)濕，限制了其在鋁合金釬焊中的應(yīng)用。
　　 Sn-Bi

5、-Zn三元合金中存在三種典型的組織，初生Sn相、Sn相和Zn相組成的二元共晶組織以及三種相組成的三元共晶組織。Zn含量為2％和3％時(shí)，合金的初生相為Sn相，Zn含量升高至4％時(shí)，初生相開始變?yōu)閆n相。隨Bi含量的升高，合金的初生相明顯減少。DSC分析結(jié)果表明，隨著Bi含量的升高，合金的熔點(diǎn)熔程逐漸下降。Zn含量由2％升高至3％，合金的熔點(diǎn)熔程呈下降趨勢(shì)，而Zn含量為3％和4％相比，熔點(diǎn)熔程較為接近。所設(shè)計(jì)的Sn-Bi-Zn合金熔點(diǎn)在15

6、0℃-170℃范圍內(nèi)，能夠滿足不同的焊接溫度需要。鋪展實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨Zn含量的升高，焊料的鋪展率明顯提高，其中Sn42Bi4Zn合金的鋪展率最高，為74.9％，比Sn58Bi焊料略高。Sn-Bi-Zn焊料在鋁表面潤(rùn)濕性良好，鋪展率最高接近80％，能夠滿足鋁銅低溫焊接的需要。
　　 鋁及鋁合金表面存在致密的氧化膜，釬焊時(shí)難以去除，必須采用活性較強(qiáng)的助焊劑，文本中使用的助焊劑由松香、三乙醇胺和金屬鹽活性劑組成。調(diào)整三乙醇胺和松香的