低温SnBi58无铅焊锡丝的研究.pdf

低温SnBi58 无铅焊锡丝的研究 龙郑易，刘平 （浙江亚通焊材有限公司，浙江 杭州310007 ） 摘 要：利用自行研制的设备技术制备了不同线径的 Sn-58Bi 合金丝材。采用扫描电子显微镜、万能电子力学试验 机对合金线材的力学性能和显微组织等进行了表征，并与铸态 Sn-58Bi 合金进行了比较。结果表明：铸态 Sn-58Bi 合金断裂强度要高，但断裂延伸率低，其断裂方式呈脆性解理断裂；Sn-58Bi 合金丝材断裂延伸率高，其断裂呈为脆 性解理断裂与延性穿晶断裂混合的断裂方式。分析认为上述现象与 Sn-58Bi 合金钎料的显微组织密切相关，加工后 Sn-58Bi 合金丝材内组织得到细化，细小的富Bi 相可充分协调Sn 基体的变形，塑性良好的Sn 基体吸收了拉伸过程 中的大部分能量，因此Sn-58Bi 合金丝材具有良好的断裂延伸率。 关键词：Sn-58Bi 共晶合金；力学性能；显微组织；抗拉强度；断裂伸长率 温度保险丝在许多电子设备中是必不可少的部件，其最要功能就是有效防止因电流过载而引发 火灾或损害设备。随着电子设备不断的小型化、轻便化，未来对较小直径温度保险丝的需求量将会 增加，尤其对直径在0.4mm 以下温度保险丝需求量会越来越大。同时随着全球电子产品无铅化的不 断深入，温度保险丝也必须满足无铅化。目前无铅低熔点温度保险丝合金中都含有大量的铋，由于 铋的脆性及在合金凝固过程中易出现偏析，使合金对应变速率非常敏感。因此小线径含铋无铅温度 保险丝很难用传统的铸造-挤压工艺进行制备。Sn-Bi 合金除可作为温度保险丝外，还是一种理想的 无铅焊料，被认为是最有希望替代Sn-37Pb 焊料的材料之一，而Sn-58Bi 共晶合金焊料用于电子封 装已有20 年的历史。Sn-Bi 二元共晶成分点为Sn-58Bi，熔点仅139℃，较传统的Sn-37Pb 焊料熔点 183℃要低。低的熔点使其在分级封装中的外层封装和靠近对温度敏感材料的钎焊中有很大优势[4] 。 近年来随着LED 显示技术的发展及LED 显示器的市场不断扩大，对温度较敏感的LED 器件的焊接 需要使用Sn-Bi 共晶焊锡丝，其市场需求量将越来越大。因此如何高效率成型Sn-58Bi 共晶线材成为 无铅焊料研究者的研究热点之一。由于Sn-58Bi 共晶合金线材成型困难，有关Sn-58Bi 共晶合金丝材 的研究报道也很少。多伦多大学Divya Bhardwaj 等采用OCC （Ohno Continuous Casting ）连铸工艺 成功制备出了直径2mm 的高铋含量（含铋量44-77% ）的合金丝材。本文则采用自行研制的设备技 术成功制备了2.2mm、1.6mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm 的Sn-58Bi 共晶合金丝材，并与传统铸造态 Sn-58Bi 合金进行对比，对其显微组织、力学性能、断口形貌等进行了分析和研究，为今后高效率制 备Sn-58Bi 共晶线材提供理论指导。 1 实验 本实验采用纯度均大于99.9% 的Sn锭与Bi锭作为原材料，按Sn-58Bi共晶成分进行称量配料。在 保护气氛下于350℃电阻炉中进行熔炼，熔炼时辅以搅拌使合金成分更均匀，再迅速将熔化的钎料浇 于模具中成型，制得Sn-58Bi共晶合金。随后采用自行研制的设备技术制备了直径分别为2.2mm 、 1.6mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm的Sn-58Bi共晶合金丝材，铸态试样按GB/T228-2002标准加工成有效 拉伸直径为8.0mm的哑铃型圆棒试样。采用20KN万能力学试验机（美特斯CMT4204型）对上述试样 的抗拉强度、断裂延伸率进行测试，其中丝材则采用精度更高的传感器进行测试，实验力加载速率 均设为20mm/min ；用扫描电子显微镜（Zeiss Sigma ，SEM )对Sn-58Bi共晶合金的显微组织、拉伸断 口形貌等进行观察。 1 2 结果与讨论 表1所示为Sn-58Bi共晶合金化学成分分析结果，从表中数据可以认为本实验所制备合金为 Sn-58Bi共晶合金，且合金内Cr6+ 、Pb 、Cd等含量符合欧盟RoHS指令要求。 表1 Sn-58Bi共晶合金化学成分 T