Ce對SnAgCu釬料性能和Cu6Sn5界面層生長行為的影響.pdf

1、無鉛釬料出現(xiàn)以前，SnPb共晶及近共晶釬料因具有釬焊性能優(yōu)異、潤濕性能良好、各項機械性能優(yōu)良等優(yōu)點，且SnPb釬料原料在地殼中儲量豐富，價格低廉、熔點低（約183℃），而被廣泛應(yīng)用于電子封裝行業(yè)。然而，Pb對環(huán)境安全和人體健康存在致命的威脅。近年來，隨著全球無鉛化的推進，迫切需要一種釬焊性能優(yōu)良的無鉛釬料替代SnPb釬料。SnAgCu系無鉛釬料因良好的釬焊性能而被公認為是傳統(tǒng)SnPb釬料最具潛力的替代者之一。但是SnAgCu釬料仍存在基

2、體組織粗大、釬焊可靠性不足等問題。因此，對SnAgCu的性能改善仍為重要的研究課題。
　　本文以Sn-3.8Ag-0.7Cu無鉛釬料合金為研究對象，探索0.2wt％的稀土Ce對釬料組織和性能的影響。并且在研究過程中，將Sn-3.8Ag-0.7Cu和Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.2Ce釬料的各項性能與傳統(tǒng)Sn-37Pb釬料進行對比。并進一步討論了三種釬料與銅基板在反應(yīng)界面處Cu6Sn5的生長行為。主要研究內(nèi)容結(jié)果如下:
　

3、　當添加0.2wt％的Ce后，釬料組織中β-Sn晶粒被細化。作者認為，這種細化主要是由于在SnAgCuCe系統(tǒng)中，Ce具有親Sn性，由于Sn-Ce化合物的吉布斯自由能低于Cu-Ce與Ag-Ce化合物，Ce元素易吸附在Sn的生長界面前沿，并可以不斷封鎖原有的生長臺階，促發(fā)分枝生長并改變其生長方向，進而細化β-Sn。此外，組織中的第二相Cu6Sn5和Ag3Sn同時得到細化，這與Ce降低IMCs的形核功，提高形核率有關(guān)。
　　添加0.2

4、wt％的Ce之后，Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的顯微硬度由23.2HV下降至22.2HV。分析認為Ce的原子半徑較大，形成的CeSn3鍵能低，從而降低了釬料基體的硬度。但是其顯微硬度值仍比Sn-37Pb的12.3HV高。
　　添加0.2wt％的Ce之后，Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的潤濕性能提高了約11％。分析認為，活性元素Ce降低了液態(tài)釬料與釬劑之間的表面張力，使釬料的潤濕面積增加，潤濕角減小。盡管如此，潤濕性只達到了傳

5、統(tǒng)Sn-37Pb釬料的一半。
　　0.2wt％的Ce添加使Sn-3.8Ag-0.7Cu釬焊接頭的抗拉剪強度從33.0PMa提高到了36.3MPa，提高了10％，已接近Sn-37Pb釬焊接頭的37.4MPa。分析認為，強度的提高，主要得益于三方面。一方面，組織的細化，增加了晶界，從而提高抗拉阻力，即細晶強化作用;第二方面，晶界間CeSn3化合物的存在進一步增加了晶界運動的阻力，有利于抗拉剪強度的提高;此外，在Sn-3.8Ag-0.7