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目前电子组装业界公认的四种类型的无铅焊料均有各种各样的不足,在实际焊接生产过程中有不少隐患,其中熔点过高是产生这些问题的最根本原因。与Sn63/Pb37共晶焊料熔点最为接近的是Sn-Bi系无铅焊料,但Bi在焊接过程中的枝晶偏析及粗化晶粒一直是难以解决的问题。本文采用合金化的方法研究了两种Sn-Pb合金替代材料:Sn-20Bi-0.7Ag-0.1In-0.5Ge-0.5Ce-0.5Sb-0.3Ga和Sn-14Bi-2.4Ag-0.5In-0.5 Sb无铅焊料合金。着重考察了添加合金元素对Sn-Bi焊料合金微观结构、物理性能和机械性能及界面行为的影响,并探讨了快冷和老化对非共晶Sn-Bi焊料合金的影响。研究结果表明:1、Bi元素降低焊料熔点;以Sn-20Bi为基体合金,添加0.7%的Ag、0.1%的In可以使Bi的偏析稍有改善,Bi细小分散。添加In和Ga可以降低焊料熔点。Ga、Ce、Sb增大了Bi的偏析。但Sb可以提高焊料的硬度,Ce可以细化焊料晶粒。Ge有使Bi球化的倾向。2、Sn-20Bi-0.7Ag-0.1In-0.5Ge-0.5Ce-0.5Sb-0.3Ga和Sn-14Bi-2.4Ag-0.5In-0.5Sb合金改善了Sn-20Bi的脆性,使偏析有所减少,其熔点和机械性能与Sn63/Pb37接近,但可焊性稍差。3、焊接过程中快冷可以抑制Sn-Bi系焊料的偏析,使组织均匀,提高焊料性能。Sn-20Bi-X焊料可以用于手工焊接。4、经过再流焊,焊料与Cu基体在界面处形成的金属间化合物呈不规则形状,随着老化时间的增加,金属间化合物形貌逐渐向大波浪型转变且渐趋平缓,厚度也增加。在较高温度下老化时,焊料基体中的Bi在靠近界面处发生偏聚现象。125℃100h的老化并未使IMC层超过3μm。125℃20h的老化使Sn-20Bi-X焊料组织均匀细小,焊点强度有所提高。老化后焊料组织稳定。Sn-20Bi-X焊料焊接完成后进行125℃20h老化是有效的和有必要的。