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无铅钎料出现以前,SnPb共晶及近共晶钎料因具有钎焊性能优异、润湿性能良好、各项机械性能优良等优点,且SnPb钎料原料在地壳中储量丰富,价格低廉、熔点低(约183℃),而被广泛应用于电子封装行业。然而,Pb对环境安全和人体健康存在致命的威胁。近年来,随着全球无铅化的推进,迫切需要一种钎焊性能优良的无铅钎料替代SnPb钎料。SnAgCu系无铅钎料因良好的钎焊性能而被公认为是传统SnPb钎料最具潜力的替代者之一。但是SnAgCu钎料仍存在基体组织粗大、钎焊可靠性不足等问题。因此,对SnAgCu的性能改善仍为重要的研究课题。本文以Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料合金为研究对象,探索0.2wt%的稀土 Ce对钎料组织和性能的影响。并且在研究过程中,将Sn-3.8Ag-0.7Cu和Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.2Ce钎料的各项性能与传统Sn-37Pb钎料进行对比。并进一步讨论了三种钎料与铜基板在反应界面处Cu6Sn5的生长行为。主要研究内容结果如下:当添加0.2wt%的Ce后,钎料组织中β-Sn晶粒被细化。作者认为,这种细化主要是由于在SnAgCuCe系统中,Ce具有亲Sn性,由于Sn-Ce化合物的吉布斯自由能低于Cu-Ce与Ag-Ce化合物,Ce元素易吸附在Sn的生长界面前沿,并可以不断封锁原有的生长台阶,促发分枝生长并改变其生长方向,进而细化β-Sn。此外,组织中的第二相Cu6Sn5和Ag3Sn同时得到细化,这与Ce降低IMCs的形核功,提高形核率有关。添加0.2wt%的Ce之后,Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的显微硬度由23.2HV下降至22.2HV。分析认为Ce的原子半径较大,形成的CeSn3键能低,从而降低了钎料基体的硬度。但是其显微硬度值仍比Sn-37Pb的12.3HV高。添加0.2wt%的Ce之后,Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的润湿性能提高了约11%。分析认为,活性元素Ce降低了液态钎料与钎剂之间的表面张力,使钎料的润湿面积增加,润湿角减小。尽管如此,润湿性只达到了传统Sn-37Pb钎料的一半。0.2wt%的Ce添加使Sn-3.8Ag-0.7Cu钎焊接头的抗拉剪强度从33.0PMa提高到了36.3MPa,提高了 10%,已接近Sn-37Pb钎焊接头的37.4MPa。分析认为,强度的提高,主要得益于三方面。一方面,组织的细化,增加了晶界,从而提高抗拉阻力,即细晶强化作用;第二方面,晶界间CeSn3化合物的存在进一步增加了晶界运动的阻力,有利于抗拉剪强度的提高;此外,在Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料中添加0.2wt%的Ce之后,Cu6Sn5层平均厚度降低,Cu6Sn5晶粒平均半径增大,即导致了平均厚度与平均半径的比值降低。从单个Cu6Sn5晶粒来分析钎焊接头在Cu6Sn5层的失效过程,这种比值的降低将使被剪切面积增大,提高了失效时所需的剪切力。这是Ce的添加增强钎焊接头抗拉剪强度的第三方面原因。