纳米铝颗粒增强sn1.0ag0.5cu钎料性能及机理

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1、第39卷第8期焊接学报Vol.39(8):047−0502018年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust2018纳米铝颗粒增强Sn1.0Ag0.5Cu钎料性能及机理孙磊1，陈明和1，谢兰生1，张亮2，朱建东3(1.南京航空航天大学机电学院，南京　210016；2.江苏师范大学机电工程学院，徐州　221116；3.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨　150001)摘要：通过机械混合的方法，制备Sn1.0Ag0.5Cu-xAl复合钎料.采

2、用DSC、STR-1000型微焊点强度测试仪及SEM，研究了纳米铝颗粒对低银Sn1.0Ag0.5Cu钎料组织与性能的影响.结果表明，微量纳米铝颗粒的添加对钎料的熔化温度影响较小，其熔点均在226.9~229.0℃之间.随着纳米Al元素含量的增加，钎料的润湿角逐渐减小，力学性能逐渐增加，当纳米Al元素的添加量为0.1%时，焊点的拉伸力达到最大，为7.1N.此外，Sn1.0Ag0.5Cu-0.1Al钎料的内部组织得到显著细化，焊点界面金属间化合物的生长也得到明显抑制，主要归因于纳米颗粒对金属间化合物生长的吸附作

3、用.关键词：纳米铝颗粒；润湿性能；金属间化合物；吸附作用中图分类号：TG425.1文献标识码：Adoi：10.12073/j.hjxb.20183901990序　　言加1%Bi，抑制了Cu3Sn金属间化合物的生长.Lin等人[10]研究了在Sn1.0Ag0.5Cu/Au/Ni钎料中添加在电子工业中，SnAgCu无铅钎料以其良好的Co元素，发现Co元素可以抑制钎料中的Cu原子综合性能成为传统SnPb钎料的最佳替代品[1-3].目扩散到界面，从而降低了界面层(Cu,Ni,Co)6Sn5前，Sn3.8Ag0.7C

4、u(欧盟)，Sn3.9Ag0.6Cu(美国)和的生长速度.Yang等人[11]选择在Sn1.0Ag0.5CuSn3.0Ag0.5Cu(日本)已广泛应用于电子封装中.然钎料中添加微米BaTiO3颗粒，发现添加BaTiO3颗而，由于这三种钎料含有较高的Ag元素，增加了钎粒后，钎料的铺展系数提高了23.48%，β-Sn也显著料的成本，也导致在后期服役期间焊点内部出现大细化.量的板状Ag3Sn颗粒，降低了钎料的力学性能[4].文中对Sn1.0Ag0.5Cu-xAl复合钎料的性能进因此，低银无铅钎料的开发成为国内外研

5、究的热点行了系统的研究，测试和观察了熔化温度、润湿性、之一[5,6].目前，Sn1.0Ag0.5Cu钎料由于明显的成力学性能及显微组织，探讨了纳米铝颗粒对界面金本优势逐渐受到业界的关注.但与常用SnAgCu钎属间化合物（IMC）的生长机理.料相比，该系钎料存在熔点偏高、润湿性能差等缺点，阻碍了其在电子工业中的应用[7].1试验方法近年来，诸多研究学者针对低银钎料的改良进行了研究.Shnawah等人[8]在Sn1.0Ag0.5Cu钎料中在低银Sn1.0Ag0.5Cu钎料焊膏中混入直径约添加Fe元素，发现Fe元

6、素的加入可以显著抑制Ag3-为50nm的铝颗粒制备Sn1.0Ag0.5Cu-xAl(x=0，SnIMC的粗化，但对钎料的熔点影响甚微.Hodulova0.05，0.1，0.2，0.3，0.4)复合钎料，为了使其混合等人[9]报道了时效过程中Sn1.0Ag0.5Cu钎料中添均匀，搅拌时间不少于30min.采用STA449F3同步热分析仪(DSC)测量钎收稿日期：2017−04−15料的熔化温度.将15mg左右的钎料置于Al2O3坩基金项目：国家自然科学基金资助项目(51475220)；江苏省“六大人才埚中，测

7、试的温度范围为25~265℃，升温速度为高峰”高层次人才资助项目(XCL022)；江苏省“青蓝工程”10℃/min.中青年学术带头人计划；新型钎焊材料与技术国家重点实验室开放课题资助项目(郑州机械研究所SKLABFMT201503)；选用25mm×25mm×1mm的铜片，使用前用南京航空航天大学博士学位论文创新与创优基金(BCXJ18-超声波清洗仪对铜片清洗.将(0.2g±0.01g)钎料06)；江苏省研究生科研与实践创新计划资助项目(KYCX18_0318)放入铜片中心位置进行回流焊(T937回流焊机)，

8、回48焊接学报第39卷流的峰值温度为255℃.试验结束后将样品沿直径2.2    润湿性能方向切开、磨样，并在金相显微镜下拍照，通过图2为Sn1.0Ag0.5Cu-xAl在铜基板上的润湿Image-J软件对钎料的润湿角进行计算.角柱状图.可以看出，微量纳米铝颗粒的添加在一焊点的力学性能测试在STR-1000型微焊点强定程度上降低了低银钎料的润湿角.当纳米Al元度测试仪上进行.拉伸试样为四边扁平封装(quad素的添