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电子及电器制造业中大量使用热搪锡工艺对铜导线焊接表面进行热镀锡,特别是铜线表面覆有绝缘涂层条件下,搪锡时需要在400℃左右的高温下进行,以有效去除铜引线表面的有机绝缘涂层,实现高效率的直接热镀锡。生产中发现在此高温下铜线将在液态锡中快速溶解,一些直径较细的铜导线甚至会完全溶解于液态锡,这一问题严重阻碍了生产的正常进行。因此如何有效的降低铜基体在液态锡中的溶解速度是电子及电器制造业中热搪锡工艺面对的一个急需解决的问题。
本文在液态锡中加入少量Ni,研究它对铜基体在焊料中溶解速度的影响,并与目前工业中实际采用的Sn-Cu合金进行对比。实验中采用多种分析手段,如X-rayDiffraction(XRD)、ScanningElectronMicroscope(SEM)等研究溶蚀后样品界面金属间化合物(IntermetallicCompounds,IMC)的化学组成和结构,分析液态锡中少量Ni抑制铜溶解速度的作用机理。
实验结果表明:铜基体在所有液态锡或锡基合金中溶解动力学曲线均为与时间呈线性关系,温度对铜在液态锡中溶解速度影响很大;液态锡中添加少量Ni元素可以有效降低铜在液态锡中溶解速度,Ni的添加量在0.5wt%就有明显的效果,最佳添加量在1wt%左右。Cu在Sn基焊料中溶蚀开始时生成Cu6Sn5,晶粒呈弯曲、扭转、不规则的空心棒状,晶粒取向随机,以后逐渐发展成为规则的实心棒状晶粒。当液态锡中添加少量Ni(0.5-0.75wt%)时,界面反应产物为(Cu,Ni)6Sns,它是一种Ni原子取代部分Cu原子后的置换固溶体,其中Ni含量与液态锡中镍的浓度成正比。由于这种界面反应产物的变化,使得铜的溶解速度得以减缓。特别地,当Ni的添加量达到1wt%时,在400℃以上高温,界面上生成了新的金属间化合物Cu3Sn和Ni3Sn2(420℃时还会生成Ni3Sn),后者能更有效地减小铜在液态锡中的溶解速率。