Sn-8Zn-3Bi-（P，Nd）無鉛焊料的組織和性能.pdf

1、在傳統(tǒng)電子行業(yè)中，Sn37Pb，Sn40Pb合金是廣泛應(yīng)用于微電子封裝及電子產(chǎn)品組裝的釬焊連接材料，在所有的電子釬焊材料中占據(jù)統(tǒng)治地位。由于硅芯片技術(shù)的出現(xiàn)，電子工業(yè)繼續(xù)小型化。元件尺寸的減少，要求焊接點(diǎn)既要保證力學(xué)性能又要保證電氣性能，這對(duì)Sn-Pb焊料的強(qiáng)度、蠕變以及抗疲勞強(qiáng)度提出了挑戰(zhàn)。同時(shí)，常用焊料元素為Pb、Cd、Sb、Ag、Cu、Al、Sn、Zn、In和Bi，其中Pb的毒性最大。含鉛焊料的大量使用給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的威脅，

2、各國(guó)紛紛立法，禁止含Pb焊料在電子電器設(shè)備中使用。開發(fā)無鉛焊料替代傳統(tǒng)的錫鉛焊料已經(jīng)成為世界關(guān)注的課題。Sn-zn系焊料由于熔點(diǎn)最接近傳統(tǒng)焊料，有望成為新一代的無鉛焊料。Sn-8Zn-3Bi三元合金(即ZB83合金)是一種典型的Sn-Zn系無鉛焊料，其潤(rùn)濕性、熱學(xué)特性、力學(xué)性能等匹配良好，是一種有前途的無鉛焊料合金。但是由于sn-zn系合金的潤(rùn)濕性、抗氧化性問題并沒有得到根本解決，在實(shí)際生產(chǎn)中往往要求增加焊劑活性或氣氛保護(hù)以幫助焊料獲得

3、良好的潤(rùn)濕，因此這種焊料難以被廣泛應(yīng)用。 本文以ZB83合金為研究對(duì)象，通過優(yōu)化熔煉工藝和采用合金化的方法提高其綜合性能。在前期工作中，通過對(duì)ZB83合金采用多種方法進(jìn)行熔煉制備，并測(cè)出每一種工藝下焊料合金的TGA曲線、拉伸強(qiáng)度和塑性。從而選出最為優(yōu)化的一種熔煉工藝。本論文各種合金都是在優(yōu)化以后的熔煉工藝下制備的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化后的熔煉工藝下，合金組織明顯細(xì)化，抗氧化、潤(rùn)濕性、力學(xué)性能和接頭強(qiáng)度同時(shí)提高。 在ZB8

4、3合金中加入P，合金微觀組織中出現(xiàn)了粗大的針狀富zn相，隨著P含量增加，針狀富Zn相的含量也增加。P元素的加入對(duì)ZB83合金的熔點(diǎn)及熔程影響較小。熱重分析結(jié)果表明，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，含P合金的氧化增重量均小于母合金。鋪展性實(shí)驗(yàn)表明，含P合金的鋪展面積均大于母合金。此外，P元素的加入對(duì)焊料合金的強(qiáng)度并無太大的影響，但明顯降低了其塑性。 在ZB83合金中加入少量Nd，有利于組織細(xì)化，初生Zn相的含量和尺寸都明顯減小，隨著Nd含量的

5、增加，初生Zn相的含量和尺寸均增加。Nd元素的加入對(duì)ZB83合金熔點(diǎn)影響較小，略微提高了其熔程。熱重分析結(jié)果表明，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，含Nd合金的氧化增重量均小于母合金。鋪展性實(shí)驗(yàn)表明，含Nd合金的鋪展面積均大于母合金。此外，Nd的加入對(duì)焊料合金的強(qiáng)度并無太大的影響，但卻明顯改善了其塑性。 P、Nd混合添加對(duì)ZB83合金的組織、相變溫度、抗氧化性、潤(rùn)濕性、力學(xué)性能及接頭強(qiáng)度有明顯影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，少量P和少量Nd混合添加可以獲

6、得綜合性能優(yōu)越的焊料合金。在本文配置的15種焊料合金中，Sn-8Zn-3Bi-0.05Nd-0.10P合金(即ZB83-NO5-P10合金)的綜合性能最好。其微觀組織中的顆粒狀富zn相尺寸最小。熔點(diǎn)為189.0℃，熔程為15.9℃。ZB83-NO5-P10合金的抗氧化性能最好，其氧化量為ZB83母合金氧化量的6.9％。其鋪展面積也最大，為43.18mm<'2>，高于同等條件下Sn40Pb的鋪展面積42.20mm<'2>。P、Nd合金元素