Sn-Zn-Al系无铅焊料的研究

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1、Sn—Zn．AI系无铅焊料的研究摘要在传统电子行业中，SIl37Pb，sn40Pb合金是广泛应用于微电子封装及电子产品组装的钎焊连接材料，在所有的电子钎焊材料中占据统治地位。然而Pb是一种有毒物质，含铅焊料的大量使用会给生态环境带来了严重的威胁。随着RollS指令(关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令)和WEEE指令(关于废旧电子电气设备指令)在欧盟议会获得批准，电子产品在2006年7月1日后禁止含Pb。因此，开发新型无铅焊料势在必行。Sn-Zn系焊料由于熔点最为接近传统焊料而备受关注。然而由于Sn-Zn系合金的润湿性，抗氧化性问题并没有得到根本解决，在实际生产中往往

2、要求增加焊剂活性或气氛保护以帮助焊料获得良好的润湿。如果这些问题得不到解决，这种焊料难以被广泛应用。本文以Sn-Zn-AI合金为研究对象，在Sn9Zn，Sn7Zn二元合金的基础上加入微量的Al，以提高合金的润湿性和抗氧化性为主要研究目标，综合考虑合金的抗腐蚀性、熔点、熔程和力学性能，对Sn-Zn-AI合金进行优化。在Sn9zn和Sn7Zn中加入20～90ppmAl可以提高合金的抗氧化性能。在Zn含量不变的情况下，随着Al添加量的增加，合金的抗氧化性能提高。其原因是Al具有较高的活性，易于在合金熔体表面偏聚，形成的氧化膜A1203具有较好的致密性，抑制了合金基体的进一步氧化．相

3、同Al含量的Sn．7ZIl-xAl合金的抗氧化性能优于Sn-9Zn-xAl。这是因为zn是易于氧化的元素，形成的ZnO膜较为疏松，不具保护性，因而氧化物随保温时间的延长不断增加。微量Al添加后在改善了合金的抗氧化性的同时也提高了合金的润湿性，并且随着AI添加量的增加，润湿性呈现先提高后降低的趋势。这是因为少量Al的添加后，合金熔体的表面张力降低，润湿性提高，然而随着Al的进一步添加，更为致密的氧化层不易被助焊剂去除，润湿性反而下降。Sn-Zn-AI焊料的盐雾腐蚀以晶间腐蚀为主。20～90ppmAl添加后，Sn·9盈-xAl的耐腐蚀性能下降，Sn-7Zn-xAl耐腐蚀性能略有提

4、高，这主要是因为Al的添加使Sn-7Zn-xAl的晶粒变大，而使Sn-9Zn-xAl晶粒尺寸变小。Sn-Zn-AI焊料腐蚀后主要生成富zn的腐蚀产物。具有较高办含量的合金腐蚀速度较快，这主要是由于zn是一种活泼元素，而合金中的zn主要以富Zn相的形式存在，因此这些zn相容易被优先腐蚀。Sn9Zn和Sn7Zn中20～90ppmAI的添加使合金的熔点略有提高，熔程略有增加。同时，Al的添加使Sn一9Zn-xAl合金的塑性大幅提高，其中Sn9Zn30ppmAl延伸率达50．5％，而Sn-7Zn-xAl合金随着Al含量的提高而降低。Al的添加使Sn-9Zn-xAl和Sn-7Zn．xA

5、l合金的强度均有所降低，但仍然高于传统Sn．Pb焊料。关键词：无铅焊料，Sn-Zn-AI，抗氧化性，润湿性，力学性能TheResearchofSn--Zn--AILead--FreeSolderAlloysAbstractSn37PbandSn40Pbsolderalloyshavebeellwidelyusedinelectronicsmanufacturingfieldwaditionally．However,thereareenvironmentalandhealthissuesconcerningthetoxicityofleadpresentinsolders．As

6、theEuropeanUnionhasapprovedthedirectivesonwastefromelectricalandelectronicsequipment(WEEDandrestrictionofhazardoussubstances(RollS),whichstatetllatleadshouldbebannedinelectronicproductsintheEuropeanUnionsinceJuly1．2006．AsaresuIt,thedevelopmentandstodyonlead-freesolderisurgenLSn-Znbasealloys

7、arewidelyrecommendedbecausethemeltingpointisnearthatoftheSn-Pbeutectics．Buttherearealsosomedefectswhichrestrictitswidelyuseinproduction,suchaspoorwettabilityandoxidationresistance．Sn—Zn-AIalloysarestudiedinthispaper．Themainpurposeistoimprovethewettingper