导致Sn-Ag无铅钎料可靠性问题的主要原因是,Sn-Ag钎料熔点高,在铜基板上的润湿性略差。在Sn-Ag合金中添加3%-5%的Bi,可降低合金熔点,改善润湿性,提高钎料的强度,在表面组装工艺中应用Sn-Ag-Bi钎料获得的产品具有很长的疲劳寿命。但是该钎料部适合插装工艺,原因是Bi的存在使钎料变脆导致焊脚开裂,接头失效。在Sn-Ag合金中添加In,可以在降低钎料熔点的同时不影响钎料的力学性能,避免钎焊温度过高而造成的可靠性问题。但是In的价格过于昂贵,不可能大规模应用于无铅钎料。
1.12 Sn-Cu系
Sn-Cu无铅钎料的润湿性较差,流动性不足,熔融钎料不能充分流出焊点间隙从而产生焊点桥连,导致短路。另外Sn-0.7Cu共晶合金的熔点时所有无铅钎料中最高的,者就导致波峰焊时温度的升高,使熔融钎料与铜基材料间的界面反应速度加快,生成较多的 Cu 6 Sn 5 金属间化合物,该金属间化合物在高温下容易长大成粗大组织,导致可靠性降低。
为提高Sn-Cu钎焊接头可靠性,在钎料种添加Bi可使合金熔点降低,但是随着Bi的添加量的增加,使钎料电阻率增大、钎料变硬、变脆,难以加工形成,因此Bi的添加量应该控制在一定的范围内。在Sn-Cu合金中添加Ag能提高合金的润湿性和热疲劳性,因为Ag与Sn生成的Ag 3 Sn化合物在高温下较稳定,对钎料基体起弥散强化作用。在Sn-Cu合金中添加Ag颗粒形成颗粒增强复合钎料,可大大提高Sn-Cu钎料钎焊接头的蠕变寿命。在Sn-Cu喝酒呢中添加微量Ni元素,可细化钎料组织,改善接头的力学性能。在合金中提那家稀土元素,可降低熔融金属的表面张力,由于稀土熔点很高,在液态金属中作为异质性的核心,使钎料组织细化,改善钎料的力学性能。研究表明,在Sn-Cu钎料中添加微量稀土Ce可以有效抑制针状共晶的形成,稀土与锡形成稳定的化合物在钎料冷却过程中可作为微笑的非均质晶核,使钎料组织细化。
1.1.3 Sn-Zn系
Sn-Zn系无铅钎料由于Zn的存在使钎料的润湿性和抗氧化性较差,这些缺点使Sn-Zn无铅钎焊接头可靠性较低,制约了起在电子行业中的应用。为提高无铅焊接可靠性,对 Sn-Zn系无铅钎料性能的改善主要从钎料的微合金化、多元合金化和钎剂方面入手。
Sn-Zn系无铅钎料中添加Bi可以提高钎料的润湿性,这是由于Bi与Cu不反应,添加Bi相当于降低了锡、锌的含量,降低了熔融态的锡、锌与铜的反应,提高了熔融钎料在Cu母材上的铺展能力。Sn-Zn系无铅钎料中添加微量Ag元素与Zn生成金属间化合物,对基体起弥散强化作用,提高焊点的抗剪切强度。Sn-Zn系无铅钎料中添加Cu减少了钎料中Zn的氧化,改善了钎料在Cu母材上的润湿性,Cu含量为2%时钎料的抗拉强度较高,过高的Cu将产生Cu-Zn相和Cu-Sn金属间化合物,使钎料力学性能下降。
1.1.4 Sn-Ag-Cu
在表面贴装技术中,Sn-Ag-Cu近共晶合金优良的综合性能使其成为电子工业中的主流无铅钎料,然而相对于锡钎料来说,主要缺点使高熔点使回流焊工艺温度曲线提升,导致金属间化合物迅速长大,使界面处生成脆性金属间化合物,降低焊点的可靠性,另外高的钎焊温度使钎料易氧化。
对Sn-Ag-Cu无铅钎料性能的改善的研究主要集中在稀土合金化和多元微量合金化两个方面。有研究表明,在Sn-Ag-Cu合金中的微观组织,提高钎料力学性能,添加未来那个稀土元素Er可以降低Sn-Ag-Cu合金的熔点,提高钎料的润湿性和钎焊接头的剪切强度。在Sn-Ag-Cu合金中添加未来那个P元素可以提高合金的抗氧化性能,减少钎料的氧化,添加未来那个Ni元素后,可以抑制在高温时效作用下钎料抗剪切强度的降低。
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