【正文】 能材料， 2020， 35(4)： 403406. [3] 郭富康，康慧，曲平．無鉛焊料開發(fā)研究現(xiàn)狀 [J]．電子元件與材料， 2020，25(2)： 2532. [4] 史耀武 ， 夏志東 ， 陳志剛 ． 電子組裝釬料研究的新進展 [J]． 電子工藝技術(shù) ， 2020， 22(4)： 139143. [5] 使益平，薛松柏，王儉辛，顧榮海． SnCu 系無鉛焊料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 [J]．焊接 ， 2020， 4(1)： 1418. [6] 張曙光，何禮軍，張少明，等。通過試樣配比熔煉、金相試樣的制備、金相實驗、顯微硬度測試、 DSC測試、 XRD 和電子探針實驗，得到以下結(jié)論： （ 1）、 合金中添加 Ni 元素 后 ， 產(chǎn)生的（ ） 6Sn5 可以成功 地 抑制 SnCu 系無鉛焊料中 Cu6Sn5金屬間化合物中的龜裂， 使得組織更加均勻 。 （ 6）、在合金中加入 Bi 元素，由于 Ni 元素的溶解度有限，所以 Ni 含量原本就相對較低，另外此次使用的材料為 Ni 粉，又少量粘在試樣袋和坩山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 實驗結(jié)果分析與討論 25 堝上。拋光時，不宜用拋光機拋光。 實驗問題與討論 （ 1）、合金熔煉時為保證合金成分混 合均勻，應(yīng)該一邊熔煉熔一邊攪拌，由于實驗條件所限，所以熔煉時每隔一段時間攪拌一下以使合金熔煉均勻。 圖中所示 兩條黑線分別為低溫側(cè)基線的延長線和熔化吸熱峰低溫側(cè)基線的延長線，兩線的交點為熔化 開始溫度，吸熱峰對應(yīng)溫度為熔化結(jié)束溫度。 Ni 的添加 產(chǎn)生了（ ） 6Sn5 組織，根據(jù)資料表明 （ ） 6Sn5 組織能夠抑制 Cu6Sn5 的龜裂 ，使得共晶組織 （ Cu6Sn5/Sn） 更均勻，因此合金的顯微硬度隨之下降。 顯微硬度分析 表 實驗所測試樣的硬度（ HV） 合金 1 2 3 平均值 繪成折現(xiàn)圖如圖 所示： 圖 合金 試樣顯微硬度分布 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 實驗結(jié)果分析與討論 23 表 為實驗所測合金焊料的硬度值，圖 為合金試樣顯微硬度分布圖 。因為 Ni 元素含量太少（ 01.%），合金熔煉時 試樣袋和坩堝粘有一部分，也可能是因為 混合并不均勻， Ni 固溶于基體中 ， 但沒檢測到未檢測出來， 所以在能譜圖中未顯示出來。 由于 Cu6Sn5不是很穩(wěn)定 ， 共晶組織（ Cu6Sn5/Sn）在 100℃ 保持?jǐn)?shù)十小時就會消失 ,轉(zhuǎn)變成 為分 散 的 Cu6Sn5 顆粒粗大組織。 圖 （ e）和圖 （ f）分別為 和 的 金 相顯微組織 圖。添加了 Ni 元素后，合金組織形貌發(fā)生了顯著變化， 隨著 （ ） 6Sn5的產(chǎn)生，抑制了 Cu6Sn5的龜裂，使得 共 晶組織 (Cu6Sn5/Sn)增加，而且組織形貌更加均勻 。 差示掃描量熱儀 測量的是與材料內(nèi)部熱轉(zhuǎn)變相關(guān)的溫度、熱流的關(guān)系，應(yīng)用范圍非常廣，特別是材料的研發(fā)、性能檢測與質(zhì)量控制 ，我們主要用以測量合金試樣的熔 化特性。 第十五步：當(dāng) LCD 屏顯示測量次數(shù) N≥ 1 時，可按 [SPECI]、 [PRI]打印鍵，測試結(jié)果從打印機中打印輸出，第一次試驗結(jié)果 (N=O)不予打印。按上述要求，再次山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 實驗 設(shè)計與過程 16 測定另一對角線長度。當(dāng)兩刻線邊緣相近時，透光縫隙逐漸減少，當(dāng)兩刻線間處于無光隙的臨界狀態(tài)時，按下 [CL]鍵清零。 第九步：試驗力保持階段時，延時 [DWELL]LED 亮，此時 LCD 屏上 T按所選擇時間倒計數(shù)，延時時間到，試驗力卸除，卸試驗力(UNLOADING)LED 亮。當(dāng)轉(zhuǎn)換 10X 和 40X 物鏡時聚焦面有微量變化，可微調(diào)升降絲桿進行聚焦。當(dāng)試樣離物鏡下端 2～ 3mm 時，在目鏡的視場中心出現(xiàn)明亮光斑，說明聚焦面即將來到，此時應(yīng)緩慢微量上升，直至在目鏡中觀察到試塊或試樣表面的清晰成像，這時聚焦過程完成。 第二步：打開電源開關(guān)，指示燈及光源燈亮， LCD 屏上顯示此時試驗力變換手輪所指示的試驗力。 電子探針有三種基本工作方式：點分析用于選定點的全譜定性分析或定量分析，以及對其中所含元素進行定量分析；線分析用于顯示元素沿選定直線方向上的濃度變化；面分析用于觀察元素在選定微區(qū)內(nèi)濃度分布 。 圖 圖為布拉格衍射示意圖。 （二）、 XRD 物相分析 對試樣進行 XRD 衍射分析以 獲得晶體點陣類型，點陣常數(shù)，晶體取向及應(yīng)力等一系列有關(guān)材料結(jié)構(gòu)的信息。化學(xué)腐蝕的原理 ：利用試劑對金屬試樣中各相或組織的浸蝕速度或著色能力山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 實驗 設(shè)計與過程 13 的不同，在拋光面上呈現(xiàn)出高低不平 的谷峰及色澤的差異，在可見光的垂直照射下，對光線的吸收和反射不同，從而顯示出各種明暗不同的組織來。 打磨試樣時，由于試樣材料較軟，應(yīng)盡量輕，注意力度的把握，依次使用 6001200 的水砂紙，逐步打磨光滑使得劃痕盡量最少。 第二步：在鋼模套腔內(nèi)加入填料，放入上模，合上蓋板，旋緊八角旋鈕，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使下模上升到壓力指示燈亮，恒溫一定時間，使試樣成型。 合金金相試樣的制備 將冷卻完全的金屬從坩堝中取出，清洗掉金屬表面的鹽。待熔鹽全部融化后，取出坩堝，將混合好的金屬 藥品 加入，這樣合金一開始就處于熔鹽的保護下，防止氧化燒損。 合金試樣的熔煉 根據(jù)合金元素的熔點選擇熔煉溫度。 實驗儀器 實驗 所選用的實驗儀器如下所示： （ 1）電子數(shù)顯天平（最小刻度為 克） （ 2） 陶瓷坩堝 （ 3） 箱式電阻爐 (型號 SX310，功率 3Kw，爐膛尺寸 215150100mm，最高溫度 1000℃ ) （ 4） 金相試樣鑲嵌機 (型號 XQ1,加熱器： 220v,650w) （ 5） 金相拋光機（ GPV－ 1 變頻調(diào)速拋光機，額定電壓 220V，功率山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 實驗 設(shè)計與過程 11 180W） （ 6） XJL01 立式金相顯微鏡 (230V~ 50/60HZ) （ 7） 顯微硬度計（ FM700/SVDM4R 型數(shù)顯顯微硬度計，上海材料試驗機廠制造） （ 8）差式掃描量熱儀（型號 DSC1，溫度范圍： 150700℃ ） （ 9） X 射線衍射儀（型號 D/Max2500PC） （ 10） 電子探針（型號 JXA8230) 實驗步驟 合金成分的確定與藥品的稱量配比 依照設(shè)計， Ni 元素的添加量分別為 0%、 %、 %、 %、 %、1%， Cu 的含量為 %，其余為 Sn。 Ni元素的 添加量分別為 0%、 %、 %、 %、%、 1%， Cu的含量為 %，其余為 Sn。通過金相顯微鏡觀察，顯微硬度測試， 差示掃描量熱儀測量 、 XRD 和電子探針分析，通過實驗對比，了解各種成分配比下的合金焊料性能，分析 Ni 元素的添加對 SnCu 無鉛焊料性能的影響，并得出性能最優(yōu)良的成分配比焊料。在 焊料合金中添加不同含量的 Ni 元素，探索 Ni元素對焊料力學(xué)性能、組織形貌、熔點、焊接性能等的影響，在改善焊料性能上 Ni 元素所起到的作用。 添加 Ni 元素對 SnCu 系無鉛焊料性能的影響 SnCu系無鉛焊料中添加微量的 Ni 可以成功的抑制 SnCu系無鉛焊料與 Cu 基板的接合界面上形成的 Cu6Sn5 金屬間化合物中的龜裂。 SnCu系無鉛焊料存在的問題及其解決方案 SnCu 系無鉛釬料在應(yīng)用中還存在一些問題：由于 SnCu 釬料流動性不夠，熔融釬料不能充分填充焊點間隙從而產(chǎn)生焊點橋連，導(dǎo)致短路； SnCu 合金在波峰焊時容易發(fā)生氧化，產(chǎn)生浮渣，造成釬料的浪費，還增加 焊點形成缺陷的幾率，影響焊點的可靠性。 SnCu系無鉛焊料的優(yōu)點 目前 SnCu 系無鉛焊料主要應(yīng)用于波峰焊技術(shù)中，與傳統(tǒng)錫鉛焊料相比有如下幾個顯著優(yōu)點： （ 1） 無毒無害，易生產(chǎn)，易回收。 (3) 有良好的力學(xué)性能。合金的熔點是決定焊接溫度的最根本參數(shù) , 根據(jù)目前的焊接工藝、設(shè)備等要求 , 無鉛焊料的熔點應(yīng)接近傳統(tǒng)的 Sn63Pb37 焊料。 Sn 基的無鉛焊料中和接合界面的 Cu6Sn5 金屬間化合物非常脆，往往產(chǎn)生許多微細的龜裂或者裂紋，而且還會有 Cu3Sn 化合物生成， Cu3Sn 會脆化焊點界面，惡化焊點的可靠性。然而，在再流焊中，潤濕性能將下降 ， 焊片表面將呈現(xiàn)粗超和織構(gòu)，流體沉積呈深棕色，所以目前 SnCu系焊料多使用于波峰焊中。Taguchi 等人是以 01251 循環(huán) /h 的頻率 ， 在 65~155e 進行 SnCu/(Cu,Ni)焊點的熱疲勞循環(huán)試驗 ， 發(fā)現(xiàn)隨著熱循環(huán)頻率的增大 ， 焊點剪切強度逐漸下降 。 SnCu 系與 SnAg 系的Sn 含量相近且均較高，因此其密度、熔點、電阻率、表 面張力都十分接近。 盡管人們對無鉛焊料已進行了大量的研究，現(xiàn)應(yīng)用的無鉛焊料仍然存在潤濕性差、熔點高、成本高的缺陷。國際錫研究協(xié)會 (1TRl)的焊接技術(shù)研究部門對已開發(fā)的主要無鉛焊料進行了綜合性能試驗比較。近年來上海華慶公司開發(fā)的錫銅無鉛焊料 NP02S07 和錫銀銅 NP02S0307，由于添加了專門研制的微量元素，具有較好的抗氧化性和潤濕性 ，因此也取得了大量的應(yīng)用 [3]。從某種意義上說，無鉛錫焊技術(shù)的建立是由于人類文明進步而山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 3 產(chǎn)生的。 SnCu 焊料的力學(xué)性能和潤濕性能都低于 SnPb 焊料，但可以通過添加微量合金元素和稀土元素等來改善合金的微觀結(jié)構(gòu)，進而提高焊料的物理性能和力學(xué)性能。本文探究其各項性能及其影響因素，并以添加 Ni 元素為研究對象 ,通過系列實驗來探討不同 Ni 元素的添加對 SnCu 系無鉛焊料性能的影響，為SnCu 系無鉛焊料的實際推廣應(yīng)用提供理論指導(dǎo) 。 系無鉛焊料課題的引出 近年來 ,國內(nèi)外已研究生產(chǎn)開發(fā)了多種錫基無鉛焊料 ， 美國專利商標(biāo)局USPTO 網(wǎng)上專利文獻數(shù)據(jù)庫和日本專利局 JPO 網(wǎng)上專利文獻數(shù)據(jù)庫中 ,錫基無鉛焊料的專利已有上百種。 關(guān)鍵詞：無鉛焊料， ，顯微硬度，焊接性能 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要 2 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 Abstract 3 Abstract The economic and environmental awareness of human beings is growing with the rapid development of science and technology. the traditional tinlead solder is harm to environment and our health, So leadfree solder is imperative in the electronics packaging industry. SnCu leadfree solder is not only inexpensive, but also has good properties which may act as an alternative to traditional tinlead research has great meaning and development value. This paper aims to study the influence on different Ni to SnCu leadfree solder. We add different content of Ni element to leadfree solder , by the designing the position of the solder , using the melti ng metallographic technology to make the metallographic sample. Then, observe the microstructure and properties of the sample. These prope