新型锡基无铅钎料的研究

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1、摘要摘要本文运用合金化和数学设计方法（均匀设计）基于现有的Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系合金对无铅钎料进行成分设计，并通过实践优化出一套覆盖剂熔炼法制备无铅钎料试样的工艺，同时对无铅钎料的熔点、密度、导电性能、润湿性能、微观组织以及热稳定性等方面进行了较为深入的研究。研究发现，在Sn-Ag-Cu三元合金中添加元素Mg，Sn-Ag-Cu-Mg钎料的熔点有不同程度的降低，其中熔点更低的钎料熔化区间都较宽，并在DTA曲线上出现多峰。Sn-Ag-Cu含量相近的钎料，随Mg含量增加，钎料的熔点明显下降，但熔化区间增大。对钎料润湿性研究表明，Mg对实验钎料的润湿性影响很大，并且

2、与含量有关。在普通大气中，当Mg含量>1.0wt%时，钎料基本不能润湿Cu基板表面；当Mg含量在0.1～0.7wt%范围时，Sn-Ag-Cu-Mg钎料铺展面积只有Sn-4.0Ag-0.5Cu近共晶钎料的60～70%，是Sn-0.7Cu共晶钎料的70～90%。同时，钎焊温度对钎料的润湿性有正面影响，延长钎焊时间对钎料的润湿性能有负面影响，而温度的影响大于时间。Mg的加入，使Sn-0.7Cu、Sn-Ag-Cu钎料组织中树枝晶状特征消失，并出现黑色块状富Mg相；随着Mg含量的变化，钎料组织中同时存在两种到三种共晶组织。Sn-Ag-Cu-Mg钎料密度和导电性能随着Mg的加入

3、而降低；同时，对钎料热稳定性研究表明，Mg的加入降低了钎料的热稳定性。添加稀土元素La改善钎料性能研究表明，少量的稀土对钎料熔点影响较小，导电性能也下降不明显；稀土含量为0.25wt%左右，钎料的润湿性较好，当含量高于0.75wt%，钎料润湿性能下降较明显；同时，添加稀土后，钎料合金组织发生变化，新钎料组织中出现鱼骨状有规则的黑色圆形颗粒。通过对实验数据的分析总结，提出了具有良好综合性能的Sn-Ag-Cu系多元合金钎料，其合金成分范围为含Ag：3.2～3.8wt%，Cu：0.5～0.8wt%，Mg：0.1～0.7wt%，RE：0.25wt%，余量为Sn。关键词：无铅

4、钎料；Sn-Ag-Cu；Mg；稀土；均匀设计；熔点；润湿性；热稳定性IABSTRACTABSTRACTInthispaper,lead-freesolderbasedoncommercialSn-CuandSn-Ag-Cualloysweredesignedbymeansofalloyingmethodanduniformdesign.Aneffectivemeltingprocesswithself-madefluxwasemployedtopreparesolderingot.Theselead-freesolderswerestudiedinaspectsof

5、melting,density,conductivity,wettability,andmicrostructures,thermalstabilityandsoon.ItisdiscoveredthatthemeltingpointsdecreasewhentheelementofMgwasaddedintheternarySn-Ag-Cusolderalloysystems,andthemeltingrangesarewiderforthosesolderswithlowermeltingpoints.ForSn-Ag-Cu-Mgsolderswithalmos

6、tthesamecontentofSn-Ag-Cu,comparedwithsolderswithmoreMgaddition,thesolder’smeltingrangewithlittleMgadditionarewider,whileitsmeltingpointislower.ItshowedthatthewettabilityoftheexperimentalsoldersisassociatedwiththeMgcontent.WhenthecontentofMgismorethan1.0wt%,thesolderslosethewettability

7、withCu-basedmatrixsurface.WiththeMgcontentfrom0.1%to0.7%,thespreadingareasofSn-Ag-Cu-Mgsoldersareonlyrespectively60～70%and70～90%ofthatofthenear-eutecticSn-4.0Ag-0.5CuandeutecticSn-0.7Cu.Andthesolderingtemperatureshowedstrongerpositiveinfluenceonthewettabilitywhilesolderingtimepresent