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根据欧盟颁布的WEEE和RoHS指令,明确提出将于2006年7月1日起限制或禁止在家用电器中使用铅及其它几种有毒有害物质,无铅钎料的研究正进入实际应用阶段。本文选择目前最为常用的Sn-3.5Ag-0.5Cu无铅钎料,通过向其中添加微量的稀土元素Ce,研究稀土Ce对Sn-3.5Ag-0.5Cu无铅钎料物理性能、力学性能和焊点可靠性的影响,并分析了稀土Ce的添加对Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料合金及对钎料/Cu基体的显微组织的影响。研究结果表明,在所研究的合金系列中,未出现低熔点共晶峰,表明微量稀土的添加不会使Sn-Ag-Cu合金产生低熔点共晶成份,有利于在钎焊过程中形成可靠的连接焊点。添加微量的稀土Ce对Sn-Ag-Cu钎料合金的熔化温度影响不大,液相线温度大致在218℃～221℃之间。添加稀土Ce后,钎料合金密度降低,电阻率减小,表明合金具有良好的电传输能力。根据正交试验结果可知:钎焊温度为260℃、Sn-Ag-Cu钎料中Ce含量为0.05wt.%、基板为Sn-Bi镀层、氮气保护条件下,可得到最佳的润湿性能。对焊点的力学性能研究结果表明:当Ce含量为0.03 wt.%时,焊点的抗拉强度和抗剪强度最佳,其原因是稀土Ce可以细化Sn-Ag-Cu钎料的晶粒,从而使Sn-Ag-Cu合金的抗拉强度、抗剪强度及延伸率都有较大的提高。稀土Ce的加入量超过最佳值,达到一定量后(在本研究中为0.1wt.%),钎料会产生脆硬的稀土化合物相,对Sn-Ag-Cu合金的性能产生不利影响。基于合金间元素的相互作用理论,结合合金的二元相图,并采用XRD、金相观察及EDX等试验手段进行了Sn-Ag-Cu钎料合金及Sn-Ag-Cu-Ce钎料合金的组织分析,结果表明:Sn-Ag-Cu-Ce钎料合金的组织大致与Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料合金相似,为粒状的Cu6Sn5+β-(Sn)和针/片状的Ag3Sn+β-(Sn)两种二元共晶组织以及Cu6Sn5+ Ag3Sn +β-(Sn)的三元共晶组织分布于β-(Sn)枝晶间。少量的金属间化合物相随着Ce含量的增加,组织逐渐细化;当Ce含量超过最佳值,达到0.1wt.%时,在钎料组织中开始出现对Sn-Ag-Cu钎料合金的性能产生不利影响的黑色的稀土化合物相。