低熔点sn基无铅焊料的研究

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1、低熔点Sn基无铅焊料的研究摘要Sn-Pb合金是一种应用广泛的电子封装材料，在以往所采用的电子钎焊材料中占据统治地位，然而其潜在的毒性使其在未来的应用当中受到严格的限制。随着RollS指令和WEEE指令在欧洲议会获得批准，2006年7月欧洲已开始禁止含铅电子产品的销售，使用无铅焊料成为必然。目前，世界各国都在进行电子产品的无铅计划和立法，电子行业也在积极推行无铅焊料和无铅制程。因此，开发环境友好的无铅焊料具有非常迫切的现实意义。最近的研究表明Sn-Mg焊料具有较合适的熔点与较低的成本，但还没有对其进行系统研究的报道。本课题以Sn-Mg基二元合金为基础，尝试通过合金化的方法加

2、入少量的Al、Nd，形成Sn-Mg-AI与Sn-M略-Nd三元合金。采用x射线分析(XRD)、光学金相分析(OM)、扫描电子显微分析(SEM)、微区成分分析(E珊Ⅸ)、热分析与热重分析(Dsc&1．G)等多种分析测试方法对Sn-Mg基合金进行显微组织、力学性能、熔点和熔程、润湿性．抗氧化性等一系列探索性研究，为开发Sn-Mg系无铅焊料提供了参考。研究发现，Sn-Mg二元合金的平衡组织与非平衡组织有明显不同，因此导致合金的力学性能也显著不同。在较快的冷却条件下得到的非平衡组织中，共晶组织中的脆性的M92Sn相更加细小，因此合金的塑性较好。在室温下，合金能够产生自然时效，时效

3、后共晶组织中的M92Sn相更加粗大，数量也增加，导致合金的塑性大大降低。亚共晶的Sn—I．1Mg合金组织呈现十分显著的枝晶形貌，显微组织由昏sn相与(}Sn+M92Sn)共晶组织组成，共晶组织主要分布于枝晶界问；共晶合金Sn-2．2Mg的显微组织中并没有出现枝晶形貌，片状中间相M92Sn在争sn中均匀分布形成共晶组织；在含Mg量最高的Sn-3．3Mg中出现了粗大的颗粒相初生M92Sn相，从而导致该合金的延伸率明显低于亚共晶及过共晶合金，显示出很大的脆性。当尝试用Al替换部分Mg进行合金化时(AI、Mg按一定比例添加)，发现随(AI、Mg)含量的提高，合金的力学性能也降低。

4、因此，进一步合金化研究时将Mg、Al含量控制在较低的水平，固定Mg的含量研究Al对合金力学性能的影响．结果表明，即使少量的Al也导致合金的塑性明显降低。然而，加入稀土元素Nd后，台金的组织得到了明显的细化，合金强度也明显提高，同时很好地保持了合金的塑性．两种合金元素AI、Nd的少量加入都不会对合金的熔点造成明显的影响，但增大了合金的熔程。在Sn-I．1Mg亚共晶合金的基础上加入0．1wt％的Al或Nd，合金的熔点(熔化开始温度)分别为198．012和206．4"C，熔程分别为30．0"C及22．412。合金在使用普通助焊剂进行铺展性实验时效果不够理想，这主要是因为Mg的高

5、活性导致其自身与空气中的。及焊剂发生了反应。因此本文也对Sn．Mg基合金的高温抗氧化性能进行实验，结果表明：Al和Nd的加入都有利于降低焊料在高温下的氧化．这与表面形成的氧化物构成的保护作用有关。然而，虽然这两种合金元素的加入明显改善了Sn-Mg基合金的氧化行为，但并不足以使焊料合金在无保护气氛的条件下实现在铜基底上的铺展。焊料重熔后表面仍易于形成大量浮渣。关键词：无铅焊科，S}ME，组织，力学性能，熔点，熔程，抗氧化性，润湿性AbstractInvestigationonLowTemperatureSnbaseLead—freeSolderAlloys币l“eedsol

6、dershavebeenwidelyusedinelectronicsmanufacturingformanydecades．However,theremenvironmentalandhealthissuesconcerningthetoxicityofIcedpresentintheseSn-Pbsolderalloys．SincetheEuropeanUnionhasappmvedthedirectivesonwastefromelectricalandelectronicequipment(WEEE)andrestrictionofhazardoussubstan

7、ces(RollS)’thesalesofelectricalproductswhichcontainleadhavebeenbannedfromJulyl,2006，whichmadetheusag厣ofleed-freesolder碟治罄saly．Sn-Mgbasealloyshavet11epropermek抽gtemperature撕出lowcosLInthepresentp矗p％themi口O吼nMtm％m∞hanicaiproperties,wettability,o妯dmionresistance。melting