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。
鉴于此，本试验以商用Sn3.8Ag0.7Cu钎料为参照系，研究B元素对SnAgCu系无铅钎料力学性能的影响，以期找到最佳的B元素添加量，得到符合要求的SnAgCu系无铅钎料。
3.2 试验方案设计
3.2.1钎料制备
原材料采用纯度为99.9%以上的Sn、Ag、Cu、Ni、B及富含铈(Ce)和镧(La)的混合稀土(RE)。先在真空度为5×10-3Pa的非自耗电炉ZHW-600A中制备RE和Cu的中间合金，然后在相同条件下添加一定量的Sn、Ag、Cu、Ni和B元素制备Sn2.5Ag0.7Cu0.1REXB无铅钎料合金。熔炼过程中加强合金铸锭的翻转以保证组织的均匀性。B在钎料合金中的添加量如表1所示。
表1 Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE中B元素添加量
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3.2.2拉伸强度和延伸率测定
采用尺寸如图1所示的拉伸试样，在AG-I250KN万能试验机上以1mm·min-1的速率在室温下进行拉伸试验，测量钎料合金的拉伸强度和延伸率，取三个试样的平均值作为试验结果。
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图1 拉伸试样尺寸（厚度：1mm）
3.2.3剪切强度测定
剪切强度试验采用搭接接头，母材为紫铜板，试样形状及尺寸如图2所示。钎焊时，在搭接接头的钎料之间加入两段Φ0.1mm的铜丝以保证钎缝厚度。
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(a) 钎焊接头尺寸 (b)钎焊接头试样
图2钎焊接头试样
剪切强度试验设备为AG-I250KN万能试验机，试验温度为室温，拉伸速率为1mm/min。剪切强度由式(2)计算得到，取3个试样的平均值作为最后的试验结果。
τ= Ps / A (2)
式中： τ为接头剪切强度，N/mm2；Ps为接头破坏最大载荷，N；A为破坏前的接头面积，mm2。
4.结束语
本文针对微电子连接对无铅钎料焊点的要求，针对现有SnAgCU系钎料性能方面的问题，设计了试验方案。以期通过该试验研究B元素对SnAgCu系钎料性能的影响，找到最佳的B元素添加量，得到符合要求的SnAgCu系无铅钎料。
参考文献：
[1]庄鸿寿. 无铅软钎料的新进展[J]. 电子工艺技术，2011，32(5)：192-196.
[2]熊胜虎，黄卓，田民波. 电子封装无铅化趋势及瓶颈[J]. 电子原件与材料，2014，33(3)：29-31.
[3]王文海，王珺，唐兴勇，等. 添加微量高熔点金属对无铅焊料性能的影响[J]. 电子元件与材料，2015，44(9)：48-51.
[4]K.S.Kim，S.H.Huh，K.Suganuma. Effects of Fourth Alloying Additive on Microstructures and Tensile Properties of SnAgCu Alloy and Joints with Cu[J]. Microelectronics Reliability， 2013，22(4)：259-267.
作者简介：
樊艳丽（1980-），女，河南周口人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为微电子连接材料及材料连接技术、汽车车身维修技术。
通讯地址：重庆市渝北区桃源大道1000号 重庆工业职业技术学院
基金项目：重庆工业职业技术学院校级科研项目(GZY201725-YA)