含稀土La的Sn-Ag-Cu無鉛釬料組織與性能研究.pdf

1、采用鑄錠冶金法制備了La含量分別為0、0.05、0.1和0.4(質(zhì)量分數(shù)，％)的四種Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金，采用回流焊方法制備了四種釬料合金與銅的釬焊接頭。測試了四種釬料合金的室溫力學性能、熔化特性、電導率、潤濕性能；采用金相顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了四種釬料合金的顯微組織、釬焊和時效狀態(tài)下的釬焊界面及釬料內(nèi)部顯微組織。研究了La對Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金力學性能、物理性能和顯微組織的影響，

2、以及La對Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料與銅釬焊界面金屬間化合物(IMC)形成與生長行為的影響；探討了La在Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金及Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料與銅釬焊接頭中的存在形式與作用機理。結(jié)果表明： (1)Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金顯微組織主要由β-Sn枝晶和共晶組織組成，共晶組織包含Sn-Ag、Sn-Cu二元共晶以及Sn-Ag-Cu三元共晶。微量La加深成分過冷，從而使顯微組織細化，β-S

3、n枝晶分形加劇，高次枝晶發(fā)達。含0.4％La的釬料合金中形成了粗大的初生LaSn3枝晶相。 (2)在Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金中添加0.05％La和0.1％La，能提高抗拉強度、屈服強度和延伸率。添加0.4％La時，抗拉強度和屈服強度仍得到提高，但延伸率下降較快。微量La提高力學性能來源于凈化晶界和β-Sn枝晶分形，晶界滑動被削弱。LaSn3枝晶相與基體界面結(jié)合力較弱而降低力學性能。 (3)Sn-3.0Ag-0

4、.5Cu釬料合金中添加微量La后，固相線溫度和熔點隨著La含量的增加逐漸輕微上升，熔化區(qū)間也逐漸輕微擴大；電導率隨著La含量增加而輕微下降；β-Sn枝晶和共晶組織的顯微硬度值隨著La含量增加逐漸上升，但仍遠低于初生LaSn3脆性相的顯微硬度值。 (4)在Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金中添加0.05％和0.1％La，能顯著降低潤濕角，提高合金的潤濕性能。添加0.4％La后，潤濕角因為LaSn3相的氧化而急劇增加，潤濕性能變差

5、。 (5)四種Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金與銅于260℃釬焊5min后在界面上形成了扇貝形的Cu6Sn5化合物層，其厚度和直徑均隨La含量的增加而減小，但添加0.4％La的釬料合金因LaSn3相強烈吸氧在界面上形成了球形的孔洞。 (6)四種Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金與銅的釬焊界面在150℃下時效100h后在銅基板和Cu6Sn5化合物層之間析出連續(xù)且薄平的Cu3Sn化合物層，在Cu6Sn5化合物層中鑲嵌有

6、Ag3Sn顆粒。界面IMC的總厚度隨時效時間的增加而增厚，且在相同的時效條件下隨La含量的增加而減小。過程IMC生長動力學的時間系數(shù)隨著La含量的增加逐漸增大，即La的增加使釬料與銅界面IMC在時效過程中的生長機制從晶界擴散向體擴散轉(zhuǎn)變。 (7)含La的Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料合金與銅釬焊后，Ag原子仍存在于網(wǎng)絡(luò)共晶組織中，但釬焊時銅基板中的Cu原子向釬料內(nèi)部的溶解形成了中空和實心兩種六方棱Cu6Sn5化合物。時效100