Sn-Ag-Cu-Bi钎料合金设计与组织性能分析
AgCuTi合金的组织与润湿性研究
AgCuTi合金的组织与润湿性研究谢明;杜静;魏明霞;高勤琴;何静;陈永泰;王松;杨有才【摘要】采用粉末冶金技术制备Ag-34.5Cu-1.5Ti、Ag-26.5Cu-3Ti和Ag-10Cu-4Ti合金材料,用扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)、差热分析仪(DSC)和润湿角测量仪,袁征合金粉末及其材料的形貌、组织结构,研究合金的熔点和与TC4钛合金的润湿性.结果表明,通过真空雾化制粉、冷等静压、真空烧结和轧制等技术集成,可以制备AgCuTi合金材料;合金呈等轴晶组织,金属间化合物呈颗粒状和块状分布.随着钛含量的增加,使得Ag-10Cu-4Ti合金材料的固液相间隔温度最大、润湿角要小于Ag-34.5Cu-1.5Ti和Ag-26.5Cu-3Ti,Ag-10Cu-4Ti材料对TC4钛合金的润湿性能最好.【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】4页(P55-58)【关键词】粉末冶金技术;银铜钛合金;组织结构;固液相温度;润湿性【作者】谢明;杜静;魏明霞;高勤琴;何静;陈永泰;王松;杨有才【作者单位】昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106;中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司,沈阳110043;中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司,沈阳110043;昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106;昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106;昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106;昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106;昆明贵金属研究所,贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明650106【正文语种】中文【中图分类】TB331AgCuTi合金材料具有适宜的固/液相线温度、优良的润湿性及较高的钎焊接头强度等性能，主要用于陶瓷与陶瓷、金属与陶瓷，以及碳材料之间的钎焊连接，如Al2O3与CaF2、Al2O3与Cu、SiC与TC4，以及Cu-C复合金属与Al2O3间的连接等。
石墨烯增强Sn-Ag-Cu复合无铅钎料的设计与性能研究
天津大学硕士学位论文石墨烯增强Sn-Ag-Cu复合无铅钎料的设计与性能研究Design and Property Study on a Sn-Ag-Cu Lead-free Solder Reinforced with Graphene学科专业：材料加工工程研 究 生：刘向东指导教师：徐连勇副教授天津大学材料科学与工程学院2012年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要在无铅钎料中，Sn-Ag-Cu系钎料因其良好的力学性能及可靠性，目前被广泛的应用。
但是，随着微/纳机电系统技术的不断进步，微电子器件不断向小型化、轻量化、功能化发展。
传统的无铅钎焊技术已经难以满足钎焊接头可靠性的要求。
因此，急需开发出一种新型无铅钎料以满足更为苛刻的服役条件。
一个可行且具有前景的解决方案就是引入强化相，制备出复合钎料。
在本研究中，采用具有超强的力学性能、热稳定性及导电性的新型二维纳米材料石墨烯作为强化相，加入传统的Sn-Ag-Cu钎料中形成复合钎料。
本文的主要工作可分为两部分。
(1)利用粉末冶金法成功制备了石墨烯纳米片（GNSs）复合无铅钎料，并测试了材料的一系列物理性能及微观组织。
Bi和Sb元素对Sn
Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5Cu焊料合金显微组织、热性能和力学性能的影响Suchart CHANTARAMANEE;Phairote SUNGKHAPHAITOON【期刊名称】《中国有色金属学报:英文版》【年(卷),期】2022(32)10【摘要】研究添加Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5CU(SAC0705)焊料合金显微组织、热性能、极限抗拉强度、延展性和硬度的共同影响。
结果表明,Bi和Sb的加入显著降低焊料的过冷度,细化焊料的β-Sn相以及扩大焊料的共晶区域。
此外,焊料基体中SbSn相和Bi相的形成也影响焊料的力学性能。
添加3%(质量分数)的Bi 和3%(质量分数)的Sb后,SAC0705合金的极限抗拉强度和硬度从31.26 MPa和15.07 HV分别提高到63.15 MPa和23.68 HV。
焊料合金的晶界强化、固溶强化和析出强化以及断裂机制的改变导致其延展性降低。
【总页数】11页(P3301-3311)【作者】Suchart CHANTARAMANEE;Phairote SUNGKHAPHAITOON【作者单位】Department of Industrial Engineering of Engineering Unversity of Technology Srivijaya Songkhla;Division of Physical Science of Science of Songkla University Yai Songkhla【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.合金元素对Sn-Bi-Sb-Ag-Cu-Re系无铅钎料性能和组织的影响2.Sn含量对二元Mg-Bi合金显微组织和力学性能的影响3.微量P、Bi、In和Ga元素对Sn-Ag-Sb-Zn系无铅焊料性能的影响4.添加合金化元素对铸态Mg-Sn-Ca合金的显微组织和力学性能的影响5.微量稀土元素对Sn-Ag-Sb系合金组织及焊料/Cu界面组织的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
银元素对含银钎料性能的影响
随着电子工业和制冷技术的发展，越来越多的人 开始关注钎料的使用安全，尤其是随着欧盟 WEEE、 RoHS 两个指令和中国政府相关法令的颁布与实施， 传统的含铅、镉钎料的使用受到很大限制，全球钎料 工作者都在寻求合适的替代产品。其中，含银钎料由 于具有优良的综合性能而受到广泛的关注。在软钎料 中，Sn-Ag-Cu 钎料具有良好的润湿性，Sn-Zn 钎料的 熔点最为接近 Sn-Pb 钎料，Sn-Bi 钎料具有较低的熔 点，因此，这 3 种钎料被认为是最合适的替代传统的 Sn-Pb 的钎料。在硬钎焊领域，无镉银钎料已广泛应 用于航空航天、电力电子及家用电器等行业，其中最 具代表性的有 Ag-Cu-Zn 和 Ag-Cu-Zn-Sn 钎料。然而， 由于银资源的短缺，使用银基钎料的的成本很高，因 此， 目前更为便宜的 Cu-P 和 Zn-Al 钎料都是硬钎料研 究的热点。 含银钎料是一类非常重要的钎焊材料，其固液相 线温度范围易于调整，润湿性和导电性好、力学性能 优良，可用来钎焊几乎所有的有色金属及黑色金属。 经过合金化后的多种含银钎料还可用于钎焊碳化物、 陶瓷、石墨、玻璃等材料[1]。此外，含银钎料还具有 优良的加工性能，易于加工成丝、片、带、箔、环等 形状，使用十分方便。含银钎料种类繁多，在制造业 中是一类不可或缺、至关重要的连接材料[2]，在钎焊 技术的发展过程中起了十分重要的作用。 本文作者通过综述国内外含银钎料研究的最新研 究成果，归纳分析银元素对软钎料与硬钎料的物理性
(南京航空航天大学 材料科学与技术学院，南京 210016) 摘 要：分别选取 3 种典型的含银软钎料(Sn-Ag-Cu、Sn-Zn、Sn-Bi)和硬钎料(Ag-Cu-Zn、Cu-P、Zn-Al)作为代表
进行阐述。综述了国内外含银钎料研究的最新研究成果，归纳分析银元素对软钎料与硬钎料的物理性能、显微组 织和力学性能的影响规律，提出含银钎料在研究和应用过程中存在的问题及相应的解决措施，展望含银钎料的研 究和发展趋势。 关键词：银元素；含银钎料；润湿性能；钎焊接头；软钎料；硬钎料 中图分类号：TG425 文献标志码：A
Sb,Bi元素对Sn-22Sb高温钎料合金组织的影响
Sb,Bi元素对Sn-22Sb高温钎料合金组织的影响甘树德;甘贵生;王涛;杜长华;李宏博【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2014(006)003【摘要】目的研究Sb和Bi元素对Sn-22Sb钎料显微组织的影响.方法制备了(Sn-22Sb)-xBi 和Sn-xSb钎料合金,并分别采用差热分析和X射线衍射仪,分析了材料的熔化特征和物相.结果结果表明:Sn-22Sb钎料合金主要由灰色的β-Sn和白色块状的Sb2Sn3构成;少量的Bi使得Sn-22Sb钎料合金中Sb2Sn3金属间化合物逐渐细化和均匀化,数量却急剧增加;大量添加Sb后,使得Sn-22Sb钎料合金几乎全部变为粗大的块状β-SnSb组织,钎料合金的开始熔化温度有所提高.结论通过添加其他合金元素,降低Sn-50Sb钎料液相线温度,使其有望应用于二次回流焊.【总页数】5页(P50-53,63)【作者】甘树德;甘贵生;王涛;杜长华;李宏博【作者单位】重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054;重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054;长江师范学院机械与电器工程学院,重庆408100;重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054;攀枝花材料工程学院,四川攀枝花617000【正文语种】中文【中图分类】TG425.1;TG115.21【相关文献】1.合金元素对Sn-Bi-Sb-Ag-Cu-Re系无铅钎料性能和组织的影响 [J], 王宗杰;路林;王敏2.合金元素对Pb-Sn-Sb-Bi-P-Cd系软钎料性能的影响 [J], 王宗杰;王敏3.Ni元素含量对BiSbSnxNi钎料润湿性能和抗剪强度影响 [J], 许媛媛;闫焉服;冯丽芳;李帅4.元素Sn对Zn-Cu-Bi-Sn 高温软钎料组织和性能的影响 [J], 邢飞;邱小明;李阳东5.元素Sn对Zn-Cu-Bi-Sn高温软钎料组织和性能的影响（英文） [J], 邢飞;邱小明;李阳东;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Bi元素对SAC305钎料合金组织和性能的影响
《热加工工艺》2015年4月第44卷第7期收稿日期:2014-09-26基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK20141228);徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室开放课题项目(JSKLEDC201301)作者简介:孟涛(1968-),男,安徽宿州人,实验师,主要研究方向:机械设计与制造;E-mail:******************Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)钎料合金是目前广泛使用的一种钎料合金，然而出于对高蠕变可靠性的要求，研究人员常常将Bi 元素添加到SAC305中以提高其抗蠕变性能，例如Zhang 等人[1-3]系统研究了Sn-Ag-Cu-Bi(Bi 约为1wt%~2wt%)钎料合金的蠕变性能和疲劳性能，结果表明，SAC-Bi 钎料合金的蠕变和疲劳性能均优于Sn-40Pb 钎料合金。
Zhao 等[4-5]研究了Bi 元素对钎料合金界面生长和剪切强度的影响，结果表明，Bi 元素能够抑制界面金属间化合物的生长，同时提高钎焊接头的剪切强度。
卫江红等人在Sn-0.7Ag-0.3Cu 中添加了一定的Bi 元素得到了类似的研究结果。
本文利用金相显微镜和微型拉伸试验机对SAC305-Bi 钎料合金的润湿性、组织和力学性能进行研究，重点研究Bi 元素含量对SAC305-Bi 钎料合金润湿性、组织和力学性能的影响。
1试验材料与方法试验用Sn-Ag-Cu-Bi 钎料合金的化学成分见表1。
根据国标GB/T 11364-2008评价钎料合金的润湿性，试验中取钎料0.2g ，铜片尺寸为20mm ×20mm ×0.3mm ，试验温度为260℃，保温时间1min 。
该Bi 元素对SAC305钎料合金组织和性能的影响孟涛1，杨莉1,2（1.常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟215500；2.徐州工程学院江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室，江苏徐州221000）摘要：利用金相显微镜和微型拉伸试验机对SAC305-Bi 钎料合金的润湿性、组织和力学性能进行了研究。
cusnti活性钎料组织性能分析及非晶态钎料钎焊金刚石研究
摘 要钎焊金刚石工具因具有磨粒结合强度高、出露高度大、容屑空间充足等显著优势，被广泛应用于硬脆材料加工领域。
活性钎料的性能对金刚石的钎焊起着重要的作用。
目前，市场上常用的钎料有Ni基、Ag基和Cu基三种活性钎料。
Ni基钎料存在熔化温度较高，钎焊时易引起金刚石热损伤等问题。
Ag基钎料存在硬度不够、耐磨性较差及价格昂贵等问题。
本文对CuSnTi活性钎料做了系统研究，通过对该类钎料的组织和性能进行分析，并制备出非晶钎料，旨在解决上述问题。
本文的主要工作和主要成果包括：（1）参照金刚石工具对活性钎料的使用要求，设计制备了一系列不同成分的CuSnTi活性钎料，以熔化温度、润湿面积、显微硬度和剪切强度为考核目标，对该类钎料的微观组织、物相、润湿性、硬度及钎焊接头的强度进行了测试和分析。
结果表明：CuSn20Ti10活性钎料的力学性能、熔化温度及润湿性等综合性能较好。
（2）制备了非晶态CuSn20Ti10活性钎料，对晶态钎料和非晶钎料进行了热分析、物相分析、铺展性分析，以及钎焊金刚石后钎料与金刚石和钢基体之间的界面分析。
结果表明：非晶态CuSnTi钎料的熔化温度低于晶态钎料，相对于晶态钎料，非晶钎料的润湿面积有较大提高，熔化后的非晶钎料钎料层硬度高、耐磨性好，与石墨、钢基体和金刚石的结合面较好。
关键词：CuSnTi钎料；真空钎焊；非晶钎料；显微组织；力学性能IAbstractBrazed diamond tools are widely used in the manufacturing of hard and brittle materials due to their features of high strength, easily diamond’s exposure and have adequate of space to accommodate fragments. The production of the tools is highly dependent upon the performance of active brazing filler metal which are now mainly Ni, Ag or Cu-based. The Ni-based filler metal may easily cause diamond thermal damage due to its high melting temperature; the Ag-based filler metal has low degree of hardness, poor wear resistance and are very expensive. In this paper, CuSnTi filler metal was thoroughly studied and analyzed in terms of its structure and propertie. The CuSnTi amorphous filler metal was prepared. The key procedures and achievements here are as follows:(1) Active filler metals with different element content were prepared in line with the production requirements of diamond tools. A series of tests and analytics were carried out on the microstructure, phase, wettability, microhardness and shear strength of the brazed joints of different kinds of CuSnTi active filler metal in terms of the melting temperature, wetting area, microhardness and shearing strength. The results have indicated that CuSn20Ti10 filler metal possesses excellent integrated performance .(2) Amorphous CuSn20Ti10 active brazing filler metal was prepared. Analysis methods were carried out on the thermo, phase, spreading property of crystalline and the amorphous filler metal and on the surface between brazing filler metal, diamond and steel matrix. The results have shown that the amorphous CuSnTi filler metal has lower melting temperature, bigger wetting area, higher degree of hardness, better wear resistance and better bonding surface with graphite, diamond and steel matrix.Xuan Qingqing (Mechanical design and theory)Directed by prof. Long WeiminKey words:CuSnTi filler metal; vacuum brazing; amorphous filler metal; microstructure; mechanical propertyIII目 录摘 要 (I)Abstract (III)目 录 (V)主要符号对照表 (IX)第1章 绪论 (1)1.1 金刚石与金刚石工具 (1)1.1.1 金刚石的性质 (1)1.1.2 金刚石工具的分类 (2)1.2 金刚石工具钎焊技术研究 (3)1.2.1 钎焊金刚石的特点 (3)1.2.2 金刚石钎焊机理的研究 (3)1.2.3 钎焊金刚石工具钎料 (4)1.2.4 钎焊金刚石工艺 (6)1.2.5 钎焊金刚石工具存在的问题 (7)1.3 CuSnTi钎料的研究现状 (7)1.3.1 晶态CuSnTi钎料的研究现状 (7)1.3.2 非晶CuSnTi钎料的研究现状 (9)1.4 研究目的、意义及主要研究内容 (10)1.4.1 研究目的 (10)1.4.2 研究意义 (11)1.4.3 开展的主要工作 (11)第2章 试验材料及试验方法 (13)2.1 活性钎料合金的制备 (13)V2.1.1 钎料的基本要求 (13)2.1.2 CuSnTi活性钎料组元含量确定 (13)2.1.3 晶态CuSnTi活性钎料的制备 (14)2.1.4 非晶CuSnTi钎料的制备 (15)2.2 钎焊试验方案 (16)2.2.1 钎焊母材 (16)2.2.2 钎焊方法及工艺 (17)2.3 微观测试分析 (20)2.3.1 显微组织分析 (20)2.3.2 微区形貌与成分分析 (20)2.3.3 物相分析 (21)2.4 性能测试方法 (21)2.4.1 钎料成分分析 (21)2.4.2 热力学性能测试 (21)2.4.3 润湿性能测定 (22)2.4.4 剪切强度检测 (23)2.4.5 显微硬度测定 (24)第3章 CuSnTi活性钎料的组织与性能 (25)3.1 Sn与Ti对钎料的显微组织影响 (25)3.2 钎料的显微硬度 (31)3.3 钎料的润湿性能测定 (33)3.4 钎料熔化温度的测定 (36)3.5 CuSnTi钎料钎焊石墨的剪切强度测试 (39)3.6 钎料优选分析 (43)3.7 本章小结 (43)VI第4章 晶态与非晶态CuSnTi钎料钎焊金刚石 (45)4.1 CuSnTi钎料的物相分析及热分析 (45)4.1.1 晶态钎料物相分析及热分析 (45)4.1.2 非晶态钎料物相分析及热分析 (45)4.2 晶态与非晶CuSnTi钎料真空钎焊金刚石的界面分析 (47)4.2.1 真空钎焊金刚石表面形貌 (47)4.2.2 钎料与基体界面 (48)4.2.3 润湿性和钎料层的研究 (50)4.2.4 钎焊后金刚石磨粒表面微观形貌 (52)4.3 金刚石表面碳化物的物相分析 (54)4.4 本章小结 (55)第5章 总结与展望 (57)5.1 结论 (57)5.2 课题研究展望 (58)参考文献 (61)致 谢 (65)声 明 (66)个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 (67)VII主要符号对照表符号中文名称单位ρ密度 g/cm3λ热导率 W/(m·k)α热扩散率 cm3/s∆G 吉布斯自由能 J/mol T 温度℃（或K）∆T 温差℃（或K）E 弹性模量 GPa c 比热容 J/(kg·℃)k 热传导系数 W/(m·℃)H v显微硬度 - θ润湿角°IX第1章 绪论1.1 金刚石与金刚石工具金刚石当今世界上工业应用中最硬的材料之一，它不仅硬度高，而且还有一系列优异的物理和化学性能。
无铅钎料的研究现状
无铅钎料的研究现状无铅钎料是一种用于电子焊接的新型环保材料，其主要成分是不含铅的合金。
由于铅具有很高的毒性和对环境造成的污染，越来越多的国家和地区开始禁用含铅材料，这促使了无铅钎料的研究和应用。
目前，无铅钎料的研究主要集中在以下几个方面：首先，针对无铅钎料的合金成分进行研究。
合金的成分是影响钎料性能的关键因素，包括熔点、润湿性、机械性能等。
目前常用的无铅合金有Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Bi合金等。
研究人员通过调整合金中各元素的含量和比例，不断改进合金的性能，以满足不同应用需求。
其次，研究人员对无铅钎料的焊接性能进行了深入研究。
焊接性能是评价钎料质量的重要指标，包括润湿性、扩展性、热分解性等。
研究人员通过对钎料的表面活性剂、粘度等参数的优化，提高了钎料的润湿性和扩展性，从而实现了更好的焊接效果。
此外，还有研究人员致力于提高无铅钎料的可靠性和耐久性。
在电子设备的制造过程中，钎料需要经受长时间的高温和高湿度环境，因此抗氧化、抗久化等性能非常重要。
研究人员通过添加稳定剂、控制合金成分等方式，提高了钎料的抗氧化和抗久化能力，从而延长了电子元器件的使用寿命。
最后，研究人员还注意到无铅钎料的可持续性发展。
钎料的生产和使用过程中产生的废料和废气对环境造成了污染。
因此，研究人员正在开发更环保的钎料制备工艺和回收利用技术，以降低对环境的影响。
无铅钎料的研究现状还存在一些挑战。
首先，无铅钎料的成本较高，这限制了其大规模应用。
其次，无铅钎料的焊接温度较高，容易导致焊接点热损伤，需要进一步改进。
此外，无铅钎料在一些特殊应用领域的性能仍有待提高。
总体来说，无铅钎料研究取得了一定的进展，但仍需进一步的努力。
随着环保意识的增强和法规的不断完善，无铅钎料有着广阔的市场前景，并将在电子制造领域取得更广泛的应用。
sn-bi-ag-sb-ge焊料合金基本性能研究
铅的毒性促进了新型无铅焊料的研究ꎬ但至今仍
Ｓｎ －Ｃｕ 系的性能影响ꎬ然而ꎬＳｎ －Ｂｉ －Ａｇ － Ｓｂ － Ｇｅ 的基本
Ｂｉ 焊料具有良好的热疲劳性能ꎬ具有比 Ｓｎ －Ｐｂ 焊料更
对焊料的使用具有重要意义ꎮ
没有能够找到完全替代锡铅焊料的合金ꎮ 室温下 Ｓｎ －
好的拉伸强度和抗蠕变性
[１ꎬ２]
的加入使合金抗氧化性先增大后减少ꎬ确定合金最佳配方质量比为:Ｓｎ－３８Ｂｉ－０.７Ａｇ－１.５Ｓｂ－０.００７Ｇｅꎮ
关键词:Ｓｎ－Ｂｉ－Ａｇ－Ｓｂ－Ｇｅꎻ熔点ꎻ可焊性ꎻ抗氧化性
中图分类号:ＴＧ１４６.１ ＋ ４ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－６７９５(２０１９)０６－００１１－０６
精溶液腐蚀、吹干ꎬ在 ＸＪＴ － ２０１Ａ 金相显微镜下观察组
飞利浦 ＸＬ３０ＥＳＥＭ － ＴＭＰ 扫描电镜进行扫描ꎻＤＳＣ１３１
收稿日期:２０１９－０４－１５
基金项目:国家重点研发计划资助( 项目编号:２０１７ＹＦＢ０３０５７００) ꎻ云南省重大科技专项计划( 项目编号:２０１８ＺＥ００４)
作者简介:徐凤仙ꎬ女ꎬ主要从事焊料合金研发及相关性能检测ꎮ
入模具中ꎬ进行浇铸、冷却ꎬ形成厚度为 ８ｍｍ ~ １０ｍｍ
含量ꎬ以备测试性能时使用ꎮ
了钎料本身的氧化ꎻ改变疏松的 Ｓｎ 氧化膜结构使之
１.２ 样品检测
表面膜被破坏时ꎬ马上形成相同结构的新膜以继续达
１２００＃砂纸研磨试样ꎬ用抛光膏进行抛光ꎬ４％的硝酸酒
保护膜ꎬ阻止焊料进一步被氧化ꎮ 大量研究报道加入
率 为 ５Ｋ / ｍｉｎꎬ 样 品 质 量 为 １６ｍｇ ~ ２０ｍｇꎻ ＭＵＳＴ
２３０℃ ꎬ每根铜丝 ３０ｍｍꎬ铜丝浸入速度 １０ｍｍ / ｓꎬ浸入
微量 PBiIn和 Ga元素对 SnAgSbZn系无铅焊料性能的影响
微量P、Bi、In和Ga元素对Sn-Ag-Sb-Zn系无铅焊料性能的影响吴安如1,2摘要 传统的Sn-Pb焊料及其他Pb基焊料除有毒外,还存在力学性能低的问题。
对Sn-A g-Sb-Z n合金系并添加微量元素进行研究,对所选定的合金进行机械性能、物理性能试验。
结果表明,微量元素的加入对合金的物理性能、润湿性能和力学性能都有益,并能明显提高接头剪切强度。
新开发的焊料合金的综合性能已经超过了Sn-Pb焊料。
关键词:Sn-Pb焊料 Sn-Ag-Sb-Zn合金系 机械性能 物理性能中图分类号:TG425.2 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2005)05—0077—04Infl uence of the property of Sn-Ag-S b-Zn lead-free sol dercontai ni ng trace P,B i,In and Ga ele m entsW u A nruAb stract The traditiona l Sn-Pb solde r all oys and o t her solde r a ll oys based on Pb have l ow ly m echanical prope rties except for the ir poison.The Sn-A g-Sb-Zn a lloy s containi ng trace P,B i,In and G a ele m en ts w ere i nve sti ga t ed,and the m echan ica l prope rties and physica l properti e s of t hese a ll oy w asm easured.The results show t hat the trace ele m ents are bene ficia l of the physica l prope rties, m echanical prope rties and w etting prope rties of t he solde r Pb-free.The trace ele m en ts can i m prove t he shear streng t h of i nve sti ga t eda lloys.A ne w componen t o f a ll oy which has superior proper ties t han Sn-Pb was found by t he analysis of t he experi m ental results.K ey word s:Sn-Pb sol d er Sn-Ag-Sb-Zn all oy M echan ical property Physica l proper ty 随着电子设备配线基版的小型化、表面安装技术的快速发展,对焊料提出更加严格的要求。
Sn-Bi和Sn-Bi-Cu焊料焊接接头的热循环测试
Sn-Bi 和Sn-Bi-Cu 焊料焊接接头的热循环测试Sn-Bi 共晶合金焊料是取代传统共晶锡铅焊料最佳的无铅焊料之一。
这项研究是为了探讨二元共晶Sn-Bi合金和三元Sn-Bi -1 %Cu合金焊接接头的性质，其中包括合金的成分分析和润湿性。
此外，还要评价接头的微观结构，结合强度，断裂表面和接触电阻。
润湿平衡实验的结果表明添加1%Cu对共晶Sn-Bi钎料合金与各种金属镀层间的接触角影响不大。
经过2000 次热循环后接头的粘附强度突然降低。
此外，不匹配的热膨胀系数和热循环的作用会导致焊接接头的开裂。
即使使用氧化铝基板，热疲劳依旧会在鱼片状焊缝边缘处产生裂纹，然后沿着焊缝接触表面传播。
在接触电阻焊接热循环后，一旦Cu6Sn5 的电阻率低于焊料，电阻率就不会随着加入的Cu 量的增加而增加。
42Sn-58Bi/Cu, SnBi-1Cu/Cu, 42Sn-58Bi/PtAg 和SnBi-1Cu/PtAg 成分的焊接在接头完好的情况下，经过2000 次热循环后接触电阻变化很小(△ R v 0.5m Q)。
1 引言焊接技术广泛应用于电子封装，其在电子行业中起着关键作用。
事实上，焊点是一个必不可少的组成部分，它的作用不仅是一个电气连接，而且还作为一个机械枢纽[1 ，2] 。
如今，随着电子产品体积更小，速度更快的发展趋势，电子封装对于焊点的高可靠性的要求显得更加突出。
焊点的可靠性是依靠于焊接材料、焊接条件、焊接方式的选择[3] 。
有了适当的焊接方式，性能更加优良的钎料合金和良好的焊接环境，就可以得到可靠的焊缝。
共晶锡铅合金由于其较好的认知度和优异的性能广泛用于当今焊接工艺[1 ，4-7] 。
然而，锡铅钎料合金中的铅会对环境和人体健康产生毒害作用[4-6 ，8-14] 。
正是对这些因素的关注，使得近些年来对无铅焊料的研究投入不断加大。
在焊接过程中，弧柱区会产生相当大的应变[15] 。
幸运的是，较低熔点的焊料可能会使残余应变减少。
Sn元素对铜磷钎料性能和组织的影响
Ｆ １２钎 剂 ， 料 用 量 １０ｍ ， 展 面 积 由 求 积 仪 测 Ｂ０ 钎 ０ ｇ 铺
得。
进一 步 降低 铜磷 钎 料 熔 点 又 能 改 善 钎 料 加 工 性 ， 研 该
究尝 试通 过在 Ｃ －． Ｐ钎料 中添加合 金元 素 锡 。 ｕ６ ５
１ 试 验
钎料 力学 性 能 测 试 ： 压 丝 状 钎 料 采 用 万 能 拉 伸 挤 试 验 机测试 力 学 性 能 ， 据 Ｇ ／ ２ － ２ ０ 金 属 材 根 Ｂ Ｔ ２ ８ ０ ２《 料 室 温拉 伸试 验方 法》 行 。 进
（ ）Ｃ －． Ｐ钎料 中 ， ２ ｕ６ ５ 随着 元素 ｓ ｎ含量 增加 ， 料 钎 在 紫铜 上 的铺 展 面积 呈 先 增 加 后 变 化 不 大 的 趋 势 ， 当 Ｓ ｎ含量 为 ０ ８ 时钎 料铺 展性 较 好 。 ．％ （ ）Ｃ －． Ｐ钎 料 中 ， ３ ｕ６ ５ 随着 Ｓ 量 的增 加 ， 料 的 ｎ含 钎 抗 拉强 度提 高 ， 当 Ｓ 但 ｎ含量 超过 １ ％后 ， 抗拉 强度 变化
钎 料 编 号
１
Ｓ ｎ含量
０ ０． ３ ０． ５
０． ８ １０ ．
用 附加钎 剂 ， 因而 被广 泛用 于紫 铜 、 铜 和 其他 铜 合 金 黄 的钎 焊 。但是 由 于铜 磷 钎 料 的熔 化 温 度 高 ， 其 应 用 使 受 到很多 限制 ¨ ， 且 还 同 时增 加 了 在 加 热 上 的 花 而
２１ ０ ２年 第 ３期 ５ ７
ｒ
蜉 掳 生产应用
么 。
料 晶粒 球化 ， Ｓ 当 ｎ含量 为 ０ ８ 时 ， ．％ 钎料 中脆性 相 共 晶 组织 几乎全 部 球化 、 细化 成等 轴 晶 。 参 考 文 献
合金元素对Sn-57Bi无铅钎料组织及韧性的影响
合金元素对Sn-57Bi无铅钎料组织及韧性的影响何鹏;吕晓春;张斌斌;马鑫;钱乙余【摘要】研究了添加不同含量的合金元素Ag,Ge,Cu,Sb,Zn,Ce,P,Ni对Sn-57Bi钎料的熔化温度、润湿性能、冲击韧性和显微组织的影响.研究结果表明,合金元素的添加对于钎料的熔化特性的影响不大,P,Ni的加入会导致出现硬脆的Bi,削弱了钎料的性能,Ag3Sn和富锌相则在形状合适时可以强化钎料的性能.单独加入合金元素Ag,Ge,Zn,Cu可以改善钎料的塑韧性, Ag,Ge还可以提高钎料的屈服强度和接头的剪切强度.合金元素Sb,Ce,P,Ni的加入会弱化钎料的塑韧性.而在同时添加多种合金元素的钎料合金中,43Sn-Bi-1Ge-1Ag的改善效果最好.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2010(000)010【总页数】6页(P13-17,31)【关键词】43Sn-57Bi钎料;冲击韧性;熔化温度;润湿性【作者】何鹏;吕晓春;张斌斌;马鑫;钱乙余【作者单位】哈尔滨工业大学,现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨,150001;中兴通讯股份有限公司,广东,深圳,518057;深圳亿铖达工业有限公司,广东,深圳,518101;哈尔滨工业大学,现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TG115.28Sn2Pb钎料是现代制造业中,尤其是家用电器、电子通讯及计算机等相关电子行业广泛应用的一种连接材料[1]。
20世纪后期,随着生活水平的不断提高,人们对环境的保护意识不断增强,Sn2Pb合金带来的负面影响日渐突出,电子废弃物中Pb元素随着废弃电子产品溶入地下水后,会对人类和环境造成严重的威胁[2,3]。
出于环境保护和人类自身可持续发展的考虑,材料工作者针对无铅钎料进行了大量的研究,寻找Sn2Pb钎料的替代品,以满足电子工业面临的迫切需要[4]。
Sn-Ag-Cu无铅钎料的性能研究
Sn-Ag-Cu无铅钎料的性能研究林奎;苏琦;韩永典【摘要】用粉末冶金的方法合成了Sn-Ag-Cu钎料,并测试了钎料的显微组织、力学性能(纳米压痕试验)和焊点处的界面反应.试验结果表明:钎料中的金属间化合物在基体中均匀分布；Sn-Ag-Cu钎料表现出了明显的金属材料纳米压痕特性,即明显的永久变形和不明显的弹性回复.焊点处的金属间化合物层(IMC层)随时效时间的增加持续增加.【期刊名称】《实验室科学》【年(卷),期】2012(015)002【总页数】5页(P85-89)【关键词】SnAgCu合金;显微组织;纳米压痕;界面反应【作者】林奎;苏琦;韩永典【作者单位】天津大学分析测试中心,天津300072;中国石油天然气股份有限公司管道锦州输油气分公司,辽宁锦州,121001;天津大学材料科学与工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TG454早在2000多年以前，锡铅 (Sn－Pb)钎料就被用于金属连接中［1］。
目前钎料在电子器件和电路的封装与互联中起着不可或缺的作用。
含铅钎料特别是共晶及近共晶的Sn－Pb合金已经被广泛地应用于现代电子电路的装配中［2］。
在这些装配件中，钎料的电性能、机械性能及热性能显得尤其重要。
Sn－Pb二元体系共晶熔点温度为183°C，这使得大部分基板材料和器件都能承受这样的回流温度。
Sn－Pb钎料及合金有诸多优点，例如相对较低的熔点温度，较高的韧性及在铜(Cu)和其它合金上优良的润湿性。
但是，近些年以来，由于Pb的毒性，越来越多的国家和地区开始着手通过立法来禁止Pb的使用。
基于上述世界范围内的立法要求，为电子产品开发相应的无铅钎料已势在必行。
对于绝大多数的无铅钎料来说，主要的构成元素是锡 (Sn)，而潜在的铅(Pb)的替代元素主要有:银(Ag)、锑 (Sb)、锌 (Zn)、铜 (Cu)、铋 (Bi)、铟 (In) 和金 (Au)。
到目前为止，大量的二元系列 (Sn－Ag，Sn－Cu，Sn－Sb，Sn－In 等) 和三元系列(Sn－Ag－Cu，Sn－Bi－In，Sn－Bi－Cu，Sn－Bi－Ag) 的无铅合金相继被开发出来，其中Sn－Ag－Cu系列的合金被认为最有希望替代 Sn－Pb 合金［3－8］。
SnAg基无铅焊料的研究与发展
＊收稿同期：２００１ ０２—１５
万方数据
６·
２００１年第３期
铅制品的生产使用也会有越来越严格的限 制，许多大城市已经明令禁止使用含铅汽 油就是一个很好的例子。以先进的材料取 代原有的ｓｎ—Ｐｂ焊料势在必行。
国外近年来对二元无铅焊料进行了较 深入广泛的研究，采用的方法都是用另外 一种组元取代ｓｎ。Ｐｂ共晶合金巾的Ｐｂ，研 究的体系有ｉ ７－…Ｊ：Ｓｎ—Ｂｉ系、ｓｎ—Ａｇ系、Ｓｎ— ｈ系、Ｓｔｔ－Ｚｔｘ系、Ｓａ－Ｓｂ系等。共晶Ｓｎ－Ａｇ 焊料对电子Ｔ业是很有吸引力的，研究表 明在焊料中，该共晶焊料的剪切强度、蠕变
２焊料一基体的相互作用
除了润湿现象外，焊料、基体之间的相 互作用还包括形成金属间化合物层，基体 金属溶人焊缝。这些相互作用会影响最终 焊接接头的ｎＪ靠性。 ２．１金属间化合物的形成
住钎料／基体界面七，Ｓｎ和共晶ｓｎ— Ａｇ、Ｓｎ—Ｂｉ都形成相同的金属州化台物。 焊接基体为ｃｕ时，近基体侧为ｃｕ；ｓｎ相， 近焊料侧为Ｃｕ６Ｓｎ５：１６，１８’２３ｌ，舨儿乎不能 进入金属』日ｊ化合物层，焊料为Ｓｎ一３．ＳＡｇ 时，ｃｕ—ｓｎ金属问化合物中的银含量小于 １％。当基体为Ｎｉ时，主要形成 ＮｉｌＳｎ４［”·“ｊ，也有ＮｉｌＳｎｚ和亚稳相 ＮｉＳｎ３。Ｎｉ基体上形成金属问化合物的速 度低于Ｃｕ基体。通过热力学汁算可预测 Ｃｕ和各种焊料合金的界面反应产物Ｌ２“。
●共晶组织．Ａ９３Ｓｎ金属间化合物分布 在基本上是纯ｓｎ的基体上，Ａ９３Ｓｎ颗粒与 基体ｓｎ之问存在特定的晶体学取向关系：
｛０１２｝№，ｓＪ／Ｉ １１１｝ｓｎ；（１００）旭岛／／
（１１０｝ｓｎ㈨。
●由于基体Ｃｕ溶人，焊缝中形成 Ｃｕ６Ｓｎ５枝晶。
●焊料／基体界面上形成Ｃｕ Ｓｎ金属 间化台物层，近铜侧为（：ｕ，ｓｎ，近焊料侧为
钎焊材料成分性能分析-无铅焊料(或无铅钎料,无铅焊锡)
杭州辛达狼焊接科技有限公司是一家专业研发、生产和销售低、中、高温钎焊用助焊剂的科技型企业。
产品主要有不锈钢无铅助焊剂，普通型不锈钢锡焊助焊剂，无铅烙铁头专用高效助焊剂，低温液体铝助焊剂，铝/铜异种材料钎焊助焊剂，铜合金用中温膏状助焊剂，中温膏状铝助焊剂和焊膏等系列产品，广泛应用于电子、电器、制冷和汽车等领域。
公司建有助焊剂研发中心，拥有2名博士和多名助焊剂专家，并与哈尔滨工业大学在助焊剂领域建立了密切的科研合作。
助焊剂--辛达狼焊接科技有限公司1.3.2锡基无铅软焊料铅及其化合物是有毒物质，损害人类健康，污染环境。
随着人类环保意识的增强，世界各国已相继出台一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用，最有影响力的是欧盟于2003年颁布的WEEE 指令（《报废电子电器设备指令》）和ROHS指令（《电器和电子设备中限制使用某些有害物质指令》），执行日期是2006年7月1日。
我国于2006年2月也颁布了相应的《电子信息产品污染控制管理办法》，规定2007年3月1日起开始实施。
欧盟和我国的指令都明确规定在指定日期前停止在监管电子产品中使用含铅材料。
在无铅绿色制造这一大趋势下，许多国家的科研机构和企业已开始加大投入来研发无铅焊料，并积极推广其应用。
目前已开发出的无铅焊料主要有Sn-Ag系，Sn-Cu系，Sn-Zn系和Sn-Ag-Cu 系等，并通过添加P、Ni、Ag、Sb、Cu、In、Bi等元素获得不同性能的系列产品。
如千住金属工业株式会社的JS3027441专利、亚通电子有限公司的ZL03129619.X专利和艾奥瓦州立大学的US5527628专利，分别公开了各自的Sn--Ag-Cu系无铅焊料；AIM的US5525577专利和US5352407专利，公开了Sn-Ag-Cu-Sb系无铅焊料；松下电器产业株式会社的CN1087994C专利和北京工业大学的CN1586793A专利申请公开了各自开发的Sn-Zn系无铅焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了Sn-Cu系无铅焊料；韩国三星电机株式会社的CN1040302C、CN1040303C专利和CN1139607A专利申请公开了Sn-Bi系无铅焊料等。
Sn_Bi_Sb无铅焊料研究
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T able 1 Scheme and results of tests
Designed mat rix Test N o. x1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - 1 0 1 - 1 0 1 - 1 0 1 x2 - 1 - 1 - 1 0 0 0 1 1 1 x0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Test resu lt s, y T ensil e st rengt h/ Elongat ion/ % 53. 6 26. 9 22. 4 58. 0 28. 1 24. 8 50. 5 25. 3 18. 8
Abstract: A new t ype of Sn Bi Sb lead f ree solder has been dev elo ped. Bi and Sb elements have eff ect on solder m echanical proper ties, and Bi is t he key element . Sn 1. 38Bi 0. 49Sb is t he o pt imized solder, w hich t ensile st rengt h is 55. 4M Pa, elongat io n is 35. 9% , ex pandabilit y is 80. 6% , melt ing t em pera t ure is 225~ 229 , and r elat ive cost is 1. 478. T he experiment al result s show t hat Sn 1 38Bi 0 49Sb solder has no t only bet ter physical and mechanical propert ies, but also lo w er co st . Key words: lead f ree solder; m echanical pro pert ies; physical propert ies 铅能严重损伤人的神经系统和肾脏等器官 , 破坏 生态系统 , 危害较大。人们认识到铅的危害性 , 越来越 关注铅的污染问题, 提出重视环保 , 提倡绿色制造, 这 已是电子行业的大势所趋
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Sn-Ag-Cu-Bi钎料合金设计与组织性能分析
王丽凤;孙凤莲;刘晓晶;梁英
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2008(029)007
【摘要】借助于Thermo-Calc热力学计算软件,设计了Sn-Ag-Cu-Bi无铅钎料合金,并与国际上推荐的Sn-Ag-Cu钎料进行了对比试验;研究了Bi元素对钎料组织变化及对拉伸性能、铺展性能和熔化特性的影响.结果表明,Bi元素以单质和固熔形式存在于Sn-Ag-Cu合金中,Bi元素的添加使基体组织有所细化,抗拉强度明显提高;Bi元素能改善Sn-Ag-Cu无铅钎料对铜的润湿铺展性能,可有效降低合金熔点;用DSC(differential scanningcalorimeter)测试钎料的熔化温度为212℃,熔点比Sn-Ag-Cu降低了近6℃,与热力学计算结果(212.78℃)相近.试验测试与热力学计算的比较相符,说明了热力学计算在无铅钎料合金设计中应用的可行性.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】王丽凤;孙凤莲;刘晓晶;梁英
【作者单位】哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨,150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨,150040
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
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