Sb含量对SnBi系焊料性能的影响
B元素对SnAgCu系钎料性能影响的试验方案设计

B元素对SnAgCu系钎料性能影响的试验方案设计摘要:随着对电子组装行业无铅化的要求越来越严格,无铅钎料技术技术得到迅速发展。
为了满足电子组装行业焊点越来越小及焊点性能越来越高的要求,需对现有无铅钎料的性能提出更高要求。
本文基于这一目的,在已有SnAgCu系钎料研究基础上,进行B元素对SnAgCu系钎料性能影响的试验方案设计的研究。
关键词:B元素;SnAgCu系钎料;性能影响;试验方案设计1. 研究背景传统的SnPb钎料因其优良的综合性能一直被广泛应用于电子行业。
然而着人们环保意识的增强,电子组装的环境友好化已成为全球趋势。
我国是家电大国,因此对微电子连接用无铅钎料的研究更为重视。
随着现代微电子组装行业的发展,组装密度越来越高,微电子器件中的焊点越来越小,而其所承载的力学、电学和热力学负荷则越来越重,对可靠性要求日益提高。
因此,无铅钎料就要具有更高的性能要求,以提高焊点可靠性。
2.无铅钎料介绍国际上公认的无铅钎料是对不含铅的锡基钎料的总称,同时还特别指出,这些“不含铅的软钎料”的主要用途是替代电子、电器、通讯设备等组装制造中使用的SnPb系钎料。
目前国内外所研究的无铅钎料仍是以Sn为主、主要添加Ag、Cu、Zn、Bi、In、Sb等合金元素,通过添加其它不含铅的合金元素获得[1]。
国际上对SnAgCu钎料合金给予了充分的关注和肯定,IPC2000年的报告指出,SnAgCu系合金(包括添加第四种元素的合金)将会成为最有潜力的SnPb钎料的替代品,同时还将成为一个评价其它钎料合金的基准[2]。
3. B对SnAgCu系钎料性能影响的试验方案设计3.1 试验目的文献[3-4]的研究表明: Ag含量大于3.2wt.%时,钎料合金中易于生成Ag3Sn 相,降低钎料的性能,而且其制造成本较高,不利于生产应用;向SnAgCu系无铅钎料中添加表面活性元素RE或B能够细化组织,抑制金属间化合物的长大,对提高钎料的高温性能非常有效。
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。
Sn—Bi—Sb无铅焊料微观结构及性能

iit, odw t blya d m nfc r gpoe y I i ot c r cniso( n , S S ) n bly go e ait n auat i rp r .t m c su t e o s t f S ) p( b n ad i t i un t s r r u s
电 子 工 艺 技 术
1 6
Elcr nc o e sTe hn lg e to isPr c s c oo y
第 3 卷第 1 1 期
21 0 0年 1月
S n—B —S i b无 铅 焊 料 微 观 结构 及 性 能
王 大 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ , 小龙 顾
( 浙江省 冶金 研 究院亚通焊材 有限公 司 , 江 浙 杭 州 302 ) 10 1
Ab t a t T e r s a c x lr st e ma u a t r g p o e s mir s u t r s me h n c l n h s a sr c : h e e r h e p oe h n f cu i r c s , co t cu e , c a ia d p y i l n r a c
点 为 2 6 9℃ ~2 4 4℃ 。 2. 3.
关键词 : 无铅焊料 ; 制备工 艺 ; 观组 织 ; 学性 能 微 力 中图分类号 : N 0 T 64 文献 标识码 : A 文 章编号 :0 1 4 4 2 1 ) 1 0 1 0 10 —37 ( 0 0 O — 0 6— 4
摘
要 : 究了s 研 n一( . 13~1 5 B 一( . 0 6 s . ) i 0 4~ . ) b无铅 焊料 的制备 工 艺和微 观组 织 , 测试 并
了钎 料 的相 关物理 、 力学性 能 , 阐述 了焊料 的力 学性能与微 观结 构特 征 间的关 系。试 验测试 结果表 明: 该焊料具 有较 高的 强度 和 塑性 , 有 良好 的润 湿 铺 展 性 和机 械 加 工 性 能。 焊料 微 观 结 构 由 具 ( n 、 ( b n 第二相和( i所构成 , S )B SS ) B) 其抗拉强度为 5 . a 延伸率为 3 .% , 5 4MP , 5 9 扩展率 为 8 .% , 0 6 熔
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【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.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2014(006)003【总页数】5页(P50-53,63)【关键词】高温钎料;Sn-22Sb;组织;熔化温度【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传统的高铅钎料如95Pb-5Sn,90Pb-10Sn等,常被作为高温钎料。
随着无铅钎料体系逐渐成熟,人们开始把注意力投入到高温无铅钎料的研发中,但至今尚未找到一种与Sn-Pb合金媲美的高铅替代钎料[1—2]。
目前国内外对高温无铅钎料的研究主要集中在Bi基合金、Au基合金、Zn基合金和Sn-Sb基合金等几类钎料。
Au基合金强度高、导电和导热性优良,耐蚀性强,焊接时可以不需要助焊剂,保证了芯片的清洁;但Au基合金较硬、抗拉强度高、伸长率较低、可加工性差,最为重要的是Au基合金成本太高,因此适用场合极为有限[3—4]。
Sb掺杂对锡铋近共晶钎料组织和力学性能的影响

表1 P0双 枪系 焊 艺 数 6 焊 统 接工 参 0
焊 道 极 性 焊 接 焊 接 电 流 弧 电压 送 丝 速度 电 焊 接 速度 气 体 流 量 方 向 / A / V / m l ri ) / c mi 一 ( H) ( i ・ n ( m・ n la ) CF 填 充 DC 下 向 10 2 0 1 - 4 EP 7 ~ 5 9 2
2030 2 - O
3 —O 50 6
4-0 0 6
焊接 材 料
标 准 号 焊 丝 牌 号 规 格 / mm 可选 牌 号
U inK N v— i no — o a N
保护气体
气 体 配 比 纯度要求
焊前 技术 人 员根据 需 要选 择焊 丝材 质 、规 格 和送 丝 速度 .计算 机 系 统 自动计 算 并 通 过 F O I S脉 冲 R NU
E R9 S G 0-
大桥 T HG一 0 8
4 结 论
P0 6 0双 焊枪 系统 具 有焊 接速 度 快 、生 产效 率高 、 接 头力 学性 能好 、劳动 强度 低 和环保 等优 点 ,在大 管
赵 四 勇 ,蔡 志 红 ,张 宇鹏 ,张 宇航
( 州有 色 金 属研 究 院 广 焊接 材料 研 究 所 ,广 东 广州 505 ) 1 6 1
摘 要 : 为 降低 锡 铋 共 晶 钎 料 脆 性 、提 高 其 伸 长 率 ,制 备 了 S 5 B 钎 料 合 金 , 并通 过 S n8 i b掺 杂 的 方 式 对 合 金 性 能 进 行 优 化 。 对 掺 杂 不 同 S b含 量 合 金 的组 织 、熔 化 特 性 和 拉 伸 力 学 性 能 的 研 究表 明 ,S 5 B 钎 料 组 织较 粗 、 成 分 偏 析 显 著 ,适 量 S n8 i b元 素 掺 杂 能 够将 其 伸 长 率 提高7 %左 右 , 同 时合 金 的 熔 化 特 性 仍 能 满 足 应 用要 求 。 对 合 金 拉 断 试 样 的 断 1 分 析 表 明 ,S 5 B 以 脆 性 解 理 断 裂 为主 . 加 入 适 量 S 3 ' n8 i b 元 素 时 延 性 断 裂 的 趋 势 增 大 ,但 当加 入 S b过 量 时 又 向 解 理 断 裂 转 化 。 关 键 词 :无 铅 钎 料 ;S B ;力 学性 能 ;元 素 掺 杂 ; 电子 元 器 件 ni 中 图 分 类 号 :T 4 5 G 2 文献 标 志 码 :B
Sb掺杂对锡铋近共晶钎料组织和力学性能的影响

参考文献: [1] 闫 臣, 隋永莉, 黄福祥. WPS-07034 西气东输二线管道工程焊
接工艺规程[Z]. 2008.
48 ·焊接设备与材料·
备等进行升级改造 。 [1-3] SnBi 钎料中 Bi 的使用虽然可以降低熔点、 减小
表面张力, 但由于 Bi 本身很脆, 且 SnBi 钎料的熔程 较宽, 凝固中易出现枝晶偏析和组织粗大, 所以合金 的延伸性不佳, 应用受到限制。 因此细化钎料组织、 提高钎料伸长率成为 SnBi 钎料研究亟待解决的关键 问题。 近来, 研究发现向无铅钎料中添加某些微量合 金元素能有效提高钎料性能, 所以研究者 [2, 4-6] 研究 了向 SnBi 钎料掺杂 Ag, Cu, RE 等元素合金性能的 变化情况, 发现加入 w(Ag)1%能够有效提高 Sn58Bi 钎料的延展性, 微量 Cu 的加入能有效阻止 SnBi 晶粒 的长大、 提高钎料的导电和导热性, 而适量稀土元素 的加入可以改善钎料的润湿性、 细化晶粒。 这些方法 往往能改善钎料一个或几个方面的性能, 但也存在一 些应用方面的问题, 例如, Ag 的加入大大提高了钎 料的成本, Cu 的加入会提高合金熔点等。 有研究发 现, Sb 作为掺杂元素能有效改善 SnAgCu 钎料的力学 性 能 、 抑 制 Cu6Sn5 脆 性 相 的 长 大 [7], 欧 洲 学 者 [8]还 系统研究了 Bi-Sb-Sn三元合金的相平衡特点。 但是, 目前将 Sb 元素作为二元合金 Sn58Bi 的掺杂成分进行 研究的报告极少。
Ag、Bi、In和Sb添加对Sn-0.6Cu-0.05Ni-Ge无铅焊料性能的改变

Ag、Bi、In和Sb添加对Sn-0.6Cu-0.05Ni-Ge无铅焊料性能的改变Kannachai KANLAYASIRI;Rachata KONGCHAYASUKAWAT【期刊名称】《中国有色金属学报(英文版)》【年(卷),期】2018(028)006【摘要】对用于替换Sn-Pb共晶焊料的Sn-Ag-Cu(SAC)焊料来说,Sn-Cu-Ni-Ge 焊料是一个巨大的挑战.本文作者研究添加Ag、Bi、In和Sb对Sn-0.6Cu-0.05Ni-Ge(SCNG)无铅焊料物理性能的影响及与铜基体的界面反应.研究SCNG-x 焊料的熔化行为、显微组织、抗拉强度和润湿性.结果表明,Ag、Bi、In和Sb的引入对焊料的固相温度、液相温度和抗拉强度有微小的影响.但是,合金元素的浓度会影响焊料的冷却性能和凝固组织.除锑以外的合金元素的添加,提高了SCNG焊料的润湿性.合金元素的加入增加了金属间化合物层的厚度,这与焊料的冷却行为有关.SCNG-x焊料与铜基体之间的金属间化合物层形貌与典型的SAC焊料不同.总之,用Ag、Bi、In或Sb对SCNG焊料进行合金化,可以改善焊料的特性.%The Sn-Cu-Ni-Ge solder is a strong challenger to the Sn-Ag-Cu(SAC)solders as a replacement for the Sn-Pb eutectic solder.This research investigated the effects of addition of Ag,Bi,In,and Sb on the physical properties of the Sn-0.6Cu-0.05Ni-Ge(SCNG)lead-free solder and the interfacial reaction with the Cu substrate.The melting behavior,microstructure,tensile strength,and wettability of the SCNG-x(x=Ag,Bi,In,Sb)solders were examined.The findings revealed that the introduction of Ag,Bi,In,and Sb minimally altered the solidus temperature,liquidus temperature,and tensile strength of thesolder.However,the cooling behavior and solidified microstructure of the solder were affected by the concentration of the alloying elements.The wettability of the SCNG solder was improved with the doping of the alloying elements except Sb.The thickness of intermetallic layer was increased by the addition of the alloying elements and was related to the cooling behavior of the solder.The morphology of intermetallic layer between the SCNG-x solders and the Cu substrate was different from that of the typical SAC solders.In conclusion,alloying the SCNG solder with Ag,Bi,In or Sb is able to improve particular properties of the solder.【总页数】10页(P1166-1175)【作者】Kannachai KANLAYASIRI;Rachata KONGCHAYASUKAWAT【作者单位】Department of Industrial Engineering,Faculty of Engineering,King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang,Bangkok 10520,Thailand;Department of Industrial Engineering,Faculty of Engineering,King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang,Bangkok 10520,Thailand【正文语种】中文因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
SnBi36Ag0.5Sbx_焊料合金组织与性能

第14卷第4期2023年8月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14,No.4Aug. 2023SnBi36Ag0.5Sb x 焊料合金组织与性能朱文嘉, 赵中梅, 龙登成, 张欣, 秦俊虎*, 卢红波(云南锡业新材料有限公司, 昆明 650501)摘要:向SnBi36Ag0.5合金中加入不同含量的Sb 元素,按设计的质量比将Sn 、Bi 、Ag 、Sb 纯金属在450 ℃熔化,保温6 h 、320 ℃浇铸,制备成SnBi36Ag0.5Sb x (x =0.3、0.7、1.0、1.5、2.0)焊料合金。
并对合金的显微组织、相成分、熔点、润湿性、力学性能进行表征,研究Sb 含量对合金性能的影响。
结果表明该合金由网状Bi 相、基体Sn 相、颗粒状和短杆状的富Bi 相、Ag 3Sn 构成。
在一定范围内,Sb 元素绝大部分固溶于Sn 基体相中,难以析出SnSb 化合物。
Sb 的添加使合金的液相线温度和熔程明显提高。
随着Sb 含量增高,润湿时间越长,润湿力越低,润湿性能下降。
当Sb 含量为2%时,抗拉强度最高值为97.09 MPa 。
添加少量的Sb 对Sn-Bi 系中Bi 合金焊料性能产生明显影响。
关键词:SnBi36Ag0.5Sb x 焊料合金;显微组织;润湿性;力学性能中图分类号:TG425 文献标志码:AStudy on microstructure and properties of SnBi36Ag0.5Sb x solder alloyZHU Wenjia, ZHAO Zhongmei, LONG Dengcheng, ZHANG Xin, QIN Junhu *, LU Hongbo(Yunnan Tin New Material Co., Ltd. , Kunming 650501, China )Abstract: SnBi36Ag0.5Sb x (x =0.3, 0.7, 1.0, 1.5 and 2.0) solder alloy was prepared by melting pure Sn, Bi, Ag, Sb at 450 ℃ for 6 h and then casting at 320 ℃ according to the mass ratio . The microstructure, phase composition, melting point, wettability, and mechanical properties of the alloy were characterized to study the effect of Sb content on the properties of the alloy. The results showed that the alloy was composed of reticulated Bi phase, matrix phase of Sn, granular and short rod-shaped Bi-rich phase, and Ag 3Sn compound. In a certain range, most Sb elements solutionized in the matrix phase of Sn rather than as the SnSb compound liberation. The liquidus temperature and melting range of the alloy were increased by the addition of Sb. With increasing Sb content, the wettability decreased due to the worse wetting time and the wetting force. When the Sb content was 2%, the maximum tensile strength was 97.09 MPa. The addition of a small amount of Sb can significantly affect the properties of the Bi alloy solder in the Sn-Bi system.Keywords: SnBi36Ag0.5Sb x solder alloy ; microstructure ; wettability ; mechanical propertiesSn-Bi 系焊料是低温无铅焊料的重要组成部分,与Sn-In 系焊料相比成本更低[1-2]。
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1 Introduction
Solder material plays a crucial role in providing the necessary electrical and mechanical interconnections in an electronic assembly. Sn−Pb solders have been widely used throughout the electronic packaging industries. However, mounting healthy and environmental concerns over the toxicity of Pb present in these alloys have led to the banning of its use in electronics manufacturing by USA, Japan, and European Union [1−4]. As a consequence, the study on lead-free solders attracts more and more world-wide attention. In many cases, components that are sensitive to temperature [5,6] need to be soldered at or below 200 °C. It brings the low temperature soldering issue. The eutectic temperature of Sn−Bi binary alloys is 138 °C, which obviously meets the temperature requirement of low-temperature soldering [7]. The low melting point gives the alloy an advantage in outer packaging [8]. However, the segregation of impurities always seriously deteriorates physical and mechanical properties of the material, so does Bi segregation [9]. The wettability of Sn−58Bi is poorer than that of Sn−Pb solders [10,11]. ZHU et al [12]
tried to employ electrodeposition of Ag thin film onto the Cu substrate to successfully prevent the interfacial embrittlement of SnBi/Cu interconnects even after a long time aging. LI et al [13] studied the effect of rapid cooling on the properties of Sn−20Bi−X alloys. MANASIJEVIC et al [14] studied the phase equilibrium and thermodynamics of Sn−Bi−Sb system. In this work, a small amount of Sb was added in Sn−Bi solders while the content of Bi decreased. One attempts to reduce the adverse effect of Bi in Sn−Bi solder by lowering its content, while maintaining the wettability.
Cheng ZHANG, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 24(2014) 184−191
5
The casting was done in air. The designated compositions were considered the actual ones. The microstructures of the specimens were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy. The fracture morphologies of solder/Cu joints were analyzed by SEM. The compositional profiles near the interface were analyzed by energy dispersive X-ray diffraction (EDX). Phase identification was carried out using an X-ray diffractometer operated at 40 kV, and Cu Kα radiation was used, with diffraction angle 2θ from 10° to 90° and a scanning speed of 2 (°)/min. The differential scanning calorimetry (DSC) was carried out in a NETZSCH simultaneous DSC−TG at a heating rate of 5 K/min. The test was operated within the range of room temperature (RT) to 200 °C. The spreading test was carried out to evaluate the wettability of Sn−Bi−Sb solders on Cu substrate. The Cu sheets (5 mm×5 mm×0.1 mm) were treated in an aqueous solution of 1% HCl (volume fraction) and then an aqueous solution of 0.3% NaOH (volume fraction), followed by ultrasonically cleaning in ethanol. The spreading ratio (SR) was calculated as follows:
Trans. Nonferrous Met. Soc. China 24(2014) 184−191
Effect of Sb content on properties of Sn−Bi solders
Cheng ZHANG1, Si-dong LIU1, Guo-tong QIAN2, Jian ZHOU1, Feng XUE1 1. School of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China; 2. Shaoxing Tianlong Tin Materials Co., Ltd., Shaoxing 312001, China Received 19 December 2012; accepted 15 July 2013
2 Experimental
The Sn−Bi−Sb alloys were prepared from pure Sn and Bi (both 99.95%, mass fraction) and pure Sb(99.5%, mass fraction). Sb was added in the form of Sn−Sb intermediate alloys. Required quantities of alloys were melted in a pit furnace under a nitrogen atmosphere. After the Sn−Sb alloys were molten and cooled for a while, the melt was thoroughly agitated and the dross was erased. Then, Bi particles were added into the molten Sn and Sn−Sb intermediate alloys at 280 °C in a crucible. The melt was agitated to effect homogenization.
Foundation item: Project (51004039) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2012713) supported by the Cooperation Promoting Foundation in Science and Technology of Shaoxing City, China Corresponding author: Jian ZHOU; Tel/Fax: +86-25-52090689; E-mail: jethro@ DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63046-6
Abstract: The effect of Sb content on the properties of Sn−Bi solders was studied. The nonequilibrium melting behaviors of a series of Sn−Bi−Sb solders were examined by differential scanning calorimetry (DSC). The spreading test was carried out to characterize the wettability of Sn−Bi−Sb solders on Cu substrate. The mechanical properties of the solders/Cu joints were evaluated. The results show that the ternary alloy solders contain eutectic structure resulting from quasi-peritetic reaction. With the increase of Sb content, the amount of the eutectic structure increases. At a heating rate of 5 °C/min, Sn−Bi−Sb alloys exhibit a higher melting point and a wider melting range. A small amount of Sb has an impact on the wettability of Sn−Bi solders. The reaction layers form during spreading process. Sb is detected in the reaction layer while Bi is not detected. The total thickness of reaction layer between solder and Cu increases with the increase of the Sb content. The shear strength of the Sn−Bi−Sb solders increases as the Sb content increases. Key words: lead-free solder; Sn−Bi−Sb alloy; microstructure; melting behavior; wettability