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SnAgCuNiBi无铅钎料焊接性能及IMC生长机制

作　者: 刘洋
导　师: 孙凤莲
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 无铅钎料熔点润湿性表面微腐蚀生长机制
分类号: TG425
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着无铅禁令的颁布与实施,新型的无铅钎料得到了大力的开发与应用。为了克服现有无铅钎料成本高、抗冲击性差等缺点,低银型无铅钎料的研究具有十分重要的意义。本文以SAC型钎料为基体,研究当含银量低于1%(质量百分比)时,Cu及添加元素Ni、Bi对钎料熔点、润湿性、显微组织、界面IMC的影响。同时,对焊接界面金属间化合物的生长机制进行了研究。结果表明：随着Ag含量的增大,钎料Sn-xAg-0.5Cu熔点及熔化结束温度下降,熔程缩短,润湿性下降；Sn-0.7Ag-xCu钎料的熔点随Cu含量的增加先减小后增大,在含量为0.5wt%时熔点降到最低值,为216.20℃。随着Cu含量的增加,钎料的铺展面积先减小后增大添加微量的Ni后,SAC0705钎料合金熔点略有升高,熔程变长,润湿性能稍有改善；Bi元素可降低SAC钎料合金的熔点,但随着Bi含量增加,钎料合金熔程逐渐增大。Bi的添加增大了SAC系钎料的铺展面积,使润湿性得到显著改善。Sn-0.7Ag-0.5Cu/Cu界面IMC为鹅卵石状的Cu6Sn5,晶粒直径为2-3μm,添加0.05wt%的Ni元素后界面的IMC变为蠕虫状(Cu1-xNix)6Sn5,晶粒尺寸明显细化,直径约为1μm左右；添加Ni元素后,IMC层厚度变薄；添加Bi后的钎料所形成的界面IMC成分没有发生改变,还是Cu6Sn5,但IMC形貌发生了明显变化,由鹅卵石形状变为棱角分明的棱方体形状,晶粒尺寸有所增加,约为3-4μm左右；添加Bi元素后,界面IMC层厚度变薄。相比高银钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu,钎料Sn-0.7Ag-0.5Cu抗时效老化性能下降,IMC生长速率大幅提高；添加Ni元素后,钎料SAC0705的抗时效老化性能有所提高,尤其时效后形成(CuxNi1-x)3Sn金属间化合物层非常薄,说明Ni的添加对该IMC层的生长有很好的抑制作用；Bi的添加使焊接界面IMC的生长速率大幅下降,低于Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率。说明Bi有提高钎料抗老化性能的作用。基于焊接界面时效前后出现的微观现象,提出了IMC形成机制,建立了在高温熔化和时效过程中IMC形成和长大过程的生长模型。指出：IMC的生长一般分为两个阶段：前期生长阶段和后期长大阶段。生长阶段主要有以下几种模式：1.包覆式生长,2.柱状生长,3.枝状生长。长大阶段则包括合并和吞并两种模式。

SnAgCuNiBi无铅钎料焊接性能及IMC生长机制

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