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SnXCuNi合金焊料簡介
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-03-27
二十世紀以前，錫鉛合金作為優質廉價的焊接材料得到了世界范圍內的廣泛應用，但隨著人類環保意識的加強，鉛及其化合物對人體的危害及環境的污染越來越被人類所重視。目前市場上使用的錫銀或錫銀銅無鉛焊錫絲，由于其使用了貴金屬材料銀，成本費用較大。在傳統無鉛焊料SnAgCu基礎上，利用化學元素周期表上第ⅤA族X元素代替Ag可顯著降低產品成本，并在合金中加入適量的Ni可顯著改善焊接性能，但SnXCuNi無鉛焊料熔點高，對電器產品的生產產生不利影響。在焊料中加入元素Bi，利用Bi的合金作用可降低焊料的熔點。但鉍也帶來其他的問題，如Sn-Bi在凝固過程中易出現枝晶偏析和組織粗大化，從而影響焊點的力學性能，同時由于焊點界面層不穩定導致可靠性較差。因此本文在Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加微量(0.6%)的Bi元素，按國家標準對焊料的各性能進行測試，并探討Bi元素對SnXCuNi/Cu釬焊接頭金屬間化合物(IMC)的形成和生長的影響，為無鉛合金焊料的制備和改進提供理論依據。
采用450℃制備含20%X的Sn-X合金；采用550℃制備含20%Cu的Sn-Cu合金；采用650℃制備含5%Ni的Sn-Ni合金。將純Sn和上述所制備的中間合金材料按照含量配比用天平稱量好后，放入加熱爐中進行熔煉，加熱溫度為600℃，待合金熔化后，按Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi名義成分加入純鉍，攪拌半個小時后進行澆鑄，制得合金鑄錠。采用熱差掃描量熱法測定合金熔點。按照有關釬焊接頭強度測試方法的國家標準，選用WE-10A萬能材料實驗機對試樣進行拉剪試驗以計算剪切強度。選用符合GB5231的無氧銅片(TU1)作基板，用丙酮在超聲波清洗機中清洗15min，水沖洗后在酒精里浸泡30min后放入干燥箱中干燥；稱取0.2g焊料置于基板中央，再用助焊劑(助焊劑與焊料的質量比為1∶9)覆蓋并完全包覆在焊料表面，然后緩慢送入350℃的箱式爐內，測量焊點鋪展率。將釬焊試樣放入干燥箱中進行時效處理，經過180℃恒溫時效5、10、15和20天后取出空冷。
往Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料中添加0.6%Bi元素，焊點保持著較高的剪切強度，并能有效地降低焊料的熔點和提高焊料的潤濕性。Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料主要由β-Sn、Cu6Sn5、XSn和SnBi化合物組成。Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-Bi/Cu界面反應產物主要由Cu6Sn5、Cu3Sn和(Cu,Ni)6Sn5組成；時效對于其界面IMC的形成及生長有著顯著的影響，隨著等溫時效時間的延長，界面IMC層厚度增加，界面IMC的增厚主要由擴散機制控制。往Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料中添加0.6%Bi能降低界面IMC的生長速率，未添加Bi時其界面IMC的生長速率k2為2.95×10-17m2/s，添加0.6%Bi后k2為2.78×10-17m2/s，從而提高了焊點的可靠性。
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