微电子连接多元Sn-Zn系无铅钎料的研究

admin · 发表于 2022-8-1 11:56:09

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随着社会的发展和人们环保意识的增强，人们越来越重视控制铅的污染，禁止使用含铅钎料的呼声越来越高，因此研制绿色新型实用的无铅钎料替代传统的Sn-Pb钎料成为近年来研究的热点。在众多无铅钎料中，Sn-Zn钎料以其成本低廉，熔点与Sn-Pb钎料相近以及力学性能优异而逐渐成为无铅钎料的有利竞争者之一，但由于其存在一些固有的不足，如润湿性能差和抗氧化性差等，严重阻碍了Sn-Zn系无铅钎料的发展。本论文以Sn-9Zn合金为研究对象，综合考虑合金的润湿性能、熔点、抗氧化性能、抗腐蚀性能及力学性能，运用正交设计试验法，研究了合金元素Bi、Ag、Al以及稀土Ce元素对研制的Sn-Zn系无铅钎料的性能及钎焊接头组织的影响，最终得到综合性能优良的成分配方Sn-9Zn-4Bi-0.5Ag-0.05Al-0.05Ce。课题研究结果如下：（1）钎料的润湿性随着Bi 和Ag元素含量的增加而得到改善，Al和稀土Ce元素的含量均为0.05%时，钎料润湿效果最佳。（2）Bi元素在改善了钎焊接头的抗剪切强度的同时使钎料延伸率降低，少量Ag的添加能够提高焊点的抗剪切强度，但当Ag含量大于0.5%后，抗剪切强度有下降趋势，同时Ag能提高钎料的延伸率；少量Ce元素能明显提高钎焊接头的抗剪切强度，但随着Ce元素的加入量增多，抗剪切强度呈现下降趋势，且无铅钎料的塑性下降。（3）Bi的添加能够降低Sn-Zn无铅系钎料的熔点，Ag、Al是高熔点的金属元素，将导致钎料的熔点升高，但是由于含量很低，所以对熔点的影响不大；在试验范围内，含有Ce元素的钎料的熔点降低了1℃左右。（4）Bi元素以点状和长条状连续分布在Sn基体当中，同时还有许多细小的Bi颗粒弥散的分布于基体Sn当中，对基体起到一定的强化作用；随着Ag含量的增多，针状相AgZn3先细化后粗大，先减少后增多，组织的变化引起力学性能的改变；添加Ce元素后，细化了钎料接头焊缝组织中的针状相AgZn3，但是当Ce含量增加到0.15%时，针状相消失，转变成为固溶有少量Bi和Ag的一次 Sn相的块状组织。

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