微量添加元素对Sn-0.7Cu无铅钎料性能的影响

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1、中文摘要在电子封装行业中，随着人们环保意识的增强，各国已相继出台法规限制Sn-Pb钎料的使用。目前，全球已经研究和开发了几十种无铅钎料来替代传统的Sn-Pb钎料。其中Sn-0．7Cu钎料以其良好的经济性被广泛应用于无铅波峰焊接当中，但其仍存在抗拉强度较低、润湿性差、高温组织不稳定等缺点。微合金化是一种有效提高锡基无铅钎料性能的有效途径。本文主要研究和分析在Sn一0．7Cu钎料中添加微量的Co、Ni元素后对其性能的影响。通过DSC测试发现添加微量的Co、Ni元素可以使Sn-0．7Cu钎料的熔点降低卜2℃；Co元素的添加可以使Sn-0．7Cu钎料的过冷度降

2、低12℃左右。通过金相组织观察和力学性能实验可以发现添加微量的Ni元素可在Sn-0．7Cu钎料组织中形成大颗粒的(Cu，Ni)。Sn。化合物，并改善了合金的塑性。添加Co元素后，会在Sn-0．7Cu钎料组织中出现针状或短棒状的CoSn。化合物，增加了合金的抗拉强度。通过铺展性实验发现，在Sn-0．7Cu钎料中添加了Ni元素后其铺展性能得到了明显的提升。添加Co元素对其铺展性能影响不大，并且氮气环境下焊接可以显著提升钎料的铺展性能。添加了Co和Ni元素后Sn-0．7Cu钎料与铜基板反应后生成的界面IMCs层由扇贝状变成层状，厚度变厚，并且能够显著抑制时效

3、过程中Cu。Sn化合物的生长。通过对钎焊接头的蠕变性能实验得到Sn-0．7Cu钎焊接头时效前的蠕变性能要高于Sn-0．7Cu-0．1Co-0．05Ni钎焊接头。但时效后，两者的蠕变性能都出现急剧的降低，并且Sn一0．7Cu一0．1Co-0．05Ni钎焊接头的蠕变性能优于Sn-0．7Cu钎焊接头。通过组织观察可以得出在Sn-0．7Cu中添加Co、Ni元素后可以增加它的组织稳定性。通过蠕变激活能以及应力指数判定两种钎料钎焊接头的稳态蠕变机理为位错管道扩散控制下的位错攀移机制，实验得到了两种钎料钎焊接头在低温区高应力状态下的蠕变本构方程为：Sn-0．7Cu钎

4、焊接头为：；_2．40×1033(iG)(石r)9．78exp(掣)Sn一0．7Cu-0．1Co-0．05Ni钎焊接头为：占o：2．09×10z，(里)(三)87，exp(二垡兰兰竖)关键词：Sn-0．7Cu；微合金化；无铅钎料；铺展性；界面反应；蠕变性能ABSTRACTWithpeople’Scontinuouscreationofenvironmentalprotection,productsthatcontainSn—Pbsolderareprohibitedtobeusedbysomecountriesthroughlegislationine

5、lecctrialindustry．Nowadays，manykindsoflead-freesoldersaresubstitutedforthetraditionalSn-Pbsolder．Sn一0．7Cueutecticlead-freesolderhasbeenwidelyusedinlead-freewaveweldingduetoitslowprices．However,italsohassomedisadvantages，suchaSlowtensilestrength,poorwettingability,unsteadymicrost

6、ructureunderhightemperatureenvirement，功emicro—alloyingisaneffectivemethodtoimprovethepropertiesofSn·-basedlead—-freesolder．TheeffectsofsmallamountofCoandNiintothesolderarestudied．TheresultsoftheDSCtestsshowedthatthemeltingpointcouldbedecreasedby1．2℃aftertheadditionofsmallamounto

7、fCoandNiintotheSn．0。7Cueutecticsolder．MeanwhilethesingleadditionofCoreducedcouldreducethesupercoolingofthesolder～12。C．Bytheobservationofthemicrostructureandmechanicaltensiletest，largesize(Cu，Ni)6Sn5IMCsparticlesWereformedinthebulksolder．whichCanimprovetheplasticity．Aftertheaddit

8、ionofminorCointothesolder,acicula-likeorshortro