随着电子工业中所使用的钎料从有铅到无铅的转换,无铅钎料的含锡量的增高和焊接温度的上升,导致无铅钎料在高温下使用时的氧化问题越发严重。氧化渣的形成不仅会造成生产成本的上升,而且还会影响产品的焊接质量和可靠性。因此,怎样减少无铅钎料在生产使用过程中的氧化渣量,成为国内外学者近年来的研究热点问题。本文选择当前电子工业中广泛使用的Sn-0.7Cu无铅钎料作为研究对象,添加微量元素,以提高Sn-0.7Cu无铅钎料抗氧化性能为主要研究目标,综合研究了Sn-0.7Cu基体无铅钎料的合金熔点、温度和老化时间对IMC组织形貌的影响和钎料润湿性能等。在此基础上选取P、Ge、Ni为微量添加元素,考察了单一微量抗氧化元素对基体钎料润湿性能和抗氧化性能的影响,最后通过正交试验优选出性能最佳的钎料合金配方。250℃~265℃时Sn-0.7Cu钎料氧化速率较慢,280℃~340℃范围内钎料氧化速率加快,当温度达到355℃以上时钎料氧化速率非常迅速;250℃时Sn-0.7Cu氧化层生长系数约为k=1.59×10-6,370℃时氧化层生长系数约为k=3.03×10-6。添加微量P降低了熔融钎料的铺展率,增大了润湿时间,减小其润湿力;P能显著提高熔融钎料高温下的抗氧化性能,但温度超过340℃时逐渐失去抗氧化效果;250℃时Sn-0.7Cu-0.009P氧化层生长系数约为k=0.5×10-6,370℃时Sn-0.7Cu-0.009P氧化层生长系数约为k=3.3×10-6。微量Ge能明显改善熔融钎料的铺展性能,但对润湿时间和润湿力的影响不显著;Ge能显著提高熔融钎料的抗高温氧化性能,250℃时Sn-0.7Cu-0.012Ge氧化层生长系数约为k=0.56×10-6,370℃时Sn-0.7Cu-0.012Ge氧化层生长系数约为k=1.04×10-6。微量Ni能显著改善熔融Sn-0.7Cu钎料的铺展性能,减小润湿时间,增大润湿力,但对抗高温氧化性能影响不大;250℃时Sn-0.7Cu-0.1Ni氧化层生长系数约为k=1.3×10-6;370℃时Sn-0.7Cu-0.1Ni氧化层生长系数约为k=2.6×10-6,与基体相当。通过正交实验获得性能最佳的钎料配比为Sn-0.7Cu-0.007P-0.018Ge-0.1Ni。微量的P、Ge在钎料的液面大量富集,明显地改善了钎料在Cu基板上的铺展,减小润湿时间,增大润湿力。多种微量元素复合能明显提升Sn-0.7Cu无铅钎料的抗氧化性能,250℃时Sn-0.7Cu-0.007P-0.018Ge-0.1Ni的氧化层生长系数约为k=0.35×10-6,370℃时氧化层生长系数约为k=1.22×10-6,分别约为基体钎料的27%和40%。
