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SnXCuNi合金焊料简介
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-03-27
二十世纪以前，锡铅合金作为优质廉价的焊接材料得到了世界范围内的广泛应用，但随着人类环保意识的加强，铅及其化合物对人体的危害及环境的污染越来越被人类所重视。目前市场上使用的锡银或锡银铜无铅焊锡丝，由于其使用了贵金属材料银，成本费用较大。在传统无铅焊料SnAgCu基础上，利用化学元素周期表上第ⅤA族X元素代替Ag可显著降低产品成本，并在合金中加入适量的Ni可显著改善焊接性能，但SnXCuNi无铅焊料熔点高，对电器产品的生产产生不利影响。在焊料中加入元素Bi，利用Bi的合金作用可降低焊料的熔点。但铋也带来其他的问题，如Sn-Bi在凝固过程中易出现枝晶偏析和组织粗大化，从而影响焊点的力学性能，同时由于焊点界面层不稳定导致可靠性较差。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，按国家标准对焊料的各性能进行测试，并探讨Bi元素对SnXCuNi/Cu钎焊接头金属间化合物(IMC)的形成和生长的影响，为无铅合金焊料的制备和改进提供理论依据。
采用450℃制备含20%X的Sn-X合金；采用550℃制备含20%Cu的Sn-Cu合金；采用650℃制备含5%Ni的Sn-Ni合金。将纯Sn和上述所制备的中间合金材料按照含量配比用天平称量好后，放入加热炉中进行熔炼，加热温度为600℃，待合金熔化后，按Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi名义成分加入纯铋，搅拌半个小时后进行浇铸，制得合金铸锭。采用热差扫描量热法测定合金熔点。按照有关钎焊接头强度测试方法的国家标准，选用WE-10A万能材料实验机对试样进行拉剪试验以计算剪切强度。选用符合GB5231的无氧铜片(TU1)作基板，用丙酮在超声波清洗机中清洗15min，水冲洗后在酒精里浸泡30min后放入干燥箱中干燥；称取0.2g焊料置于基板中央，再用助焊剂(助焊剂与焊料的质量比为1∶9)覆盖并完全包覆在焊料表面，然后缓慢送入350℃的箱式炉内，测量焊点铺展率。将钎焊试样放入干燥箱中进行时效处理，经过180℃恒温时效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，焊点保持着较高的剪切强度，并能有效地降低焊料的熔点和提高焊料的润湿性。Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料主要由β-Sn、Cu6Sn5、XSn和SnBi化合物组成。Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-Bi/Cu界面反应产物主要由Cu6Sn5、Cu3Sn和(Cu,Ni)6Sn5组成；时效对于其界面IMC的形成及生长有着显著的影响，随着等温时效时间的延长，界面IMC层厚度增加，界面IMC的增厚主要由扩散机制控制。往Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料中添加0.6%Bi能降低界面IMC的生长速率，未添加Bi时其界面IMC的生长速率k2为2.95×10-17m2/s，添加0.6%Bi后k2为2.78×10-17m2/s，从而提高了焊点的可靠性。