合金元素及时效处理对Sn-Zn无铅钎料组织和钎焊界面的影响

摘要

Sn-Zn无铅焊料具有熔点低，价格低廉、无毒性等特点，倍受关注。但Sn-Zn无铅钎料易氧化，润湿性差，影响其在工程中的应用。近年来，已有部分有关改善Sn-Zn无铅钎料抗氧化性和润湿性的研究，但有关合金化及时效处理对Sn-Zn无铅钎料组织和钎焊界面的影响的研究还甚少。 本文以Sn-9Zn及添加3wt．％Bi、0．45wt．％Al、0．5wt．％RE的Sn-9Zn无铅钎料为对象，采用OM、SEM、XRD及EDS等分析手段，主要研究了合金元素及时效处理对钎料组织，时效处理对Solders/Cu钎焊界面的影响。并得出以下结论： （1）在Sn-9Zn钎料中添加3wt．％Bi后，Bi主要以固溶体的形式固溶于β-Sn基体中，同时在基体中也有少量片状Bi析出，钎料组织得到细化，针状富Zn的分布更加无序。 （2）Sn-9Zn钎料中添加0．45wt．％Al后，在钎料晶界处有不连续网状的富Al相析出，其成分为60．14％Al-30．26％Zn-9．6％Sn，粗大针状组织数量明显减少，钎料组织得到细化。 （3）在Sn-9Zn中添加0．5wt．％RE后，在钎料基体中形成了块状Sn-La-Ce化合物，经分析其成分为66．14％Sn-24．26％Ce-10．6％La钎料组织得到细化。 （4）对Sn-9Zn，Sn-9Zn-3Bi，Sn-9Zn-0．45Al，Sn-9Zn-0．5RE无铅钎料在100℃下600小时时效后，钎料组织中的粗大针状富Zn相逐渐减少，钎料组织得到细化。随着时效的进行，Sn-9Zn-3Bi无铅钎料基体中白色Bi的析出物逐渐消失，Sn-9Zn-0．45Al富Al相的量逐渐减少，Sn-9Zn-0．5RE钎料基体中的块状Sn-La-Ce化合物的形状减小。 （5）对Sn-9Zn，Sn-9Zn-3Bi，Sn-9Zn-0．45Al，Sn-9Zn-0．5RE无铅钎料与Cu形成的钎焊界面在100℃进行不同时间的时效处理研究，研究表明，时效前后钎焊界面处均有γ-Cu5Zn8、β-CuZn金属间化合物生成，其中靠近Cu基体侧比较平直的为γ-Cu5Zn8、靠近钎料侧为β-CuZn。随着时效时间的增加，Solders/Cu钎焊界面IMC的厚度也增加，其中添加3wt．％Bi元素的IMC的厚度较大，添加0．5wt．％RE、0．45wt．％Al后钎焊界面IMC的厚度较小。 （6）对Sn-9Zn及添加3wt．％Bi、0．45wt．％Al、0．5wt．％RE的Sn-9Zn钎料与Cu形成的钎焊界面IMC在100℃下时效不同时间后的生长规律进行研究，结果表明，添加不同合金元素的钎焊界面IMC的生长速率不同，其中Sn-9Zn/Cu钎焊界面IMC的生长速率常数为0．1467、添加3wt．％Bi后的钎焊界面IMC的生长速率常数为0．1139、添加0．45wt．％Al后的钎焊界面IMC的生长速率常数为0．0332、添加0．5wt．％RE后的钎焊界面IMC的生长速率常数为0．0677，且钎焊界面IMC的总厚度与时效时间基本符合T=Kt1/3的生长规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1传统Sn-Pb钎料特性

1.2无铅钎料研究的驱动力

1.3无铅钎料及性能要求

1.4无铅钎料的研究现状及发展趋势

1.5 Sn-Zn系无铅钎料的研究现状

1.6 Sn基钎料与Cu钎焊界面扩散

1.7金属间化合物及生长动力学

1.8本课题研究的主要目的、内容、方法和技术路线

2.实验内容及研究方法

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3合金制备

2.4钎料合金拉伸实验

2.5钎焊实验

2.6时效实验

2.7钎料显微组织及相分析

2.8本节小结

3.合金元素对Sn-9Zn钎料组织的影响

3.1 Bi元素对Sn-9Zn无铅钎料组织的影响

3.2 Al元素对Sn-9Zn无铅钎料组织的影响

3.3 RE元素对ASn-9Zn无铅钎料组织的影响

3.4本节小结

4.合金元素对钎料拉伸性能的影响

4.1断口形貌分析

4.2拉伸数据分析

4.3本节小结

5.热处理对Sn-Zn系无铅钎料组织及钎焊界面的影响

5.1时效时间对Sn-Zn系无铅钎料组织的影响

5.2时效时间对钎焊界面的影响

5.3分析讨论

5.4本节小结

6.结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表及完成的论文

致谢