文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
稀土Pr对Sn-9Zn无铅钎料组织和性能的影响
姓名:肖正香
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:薛松柏
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
由于铅的毒性以及微电子产品的微型化、高密度化发展对高性能钎料的要求,迫切需要研
发性能优异且成本低廉的无铅钎料。其中,Sn-Zn 钎料以其熔点接近传统 Sn-Pb 钎料,焊点力
学性能优良,成本低廉等优点而被认为是目前最有潜力合金之一。但是该钎料的润湿性能较差,
易氧化,耐蚀性能差限制了它在电子产品中的广泛应用。本文针对 Sn-Zn 系无铅钎料存在的不
足,提出在 Sn-9Zn 钎料中加入稀土 Pr 来优化合金性能,探究 Pr 对钎料组织与性能的影响规律。
试验结果表明:微量 Pr 能够很好地改善钎料的润湿性能和抗氧化性能,稀土 Pr 添加后,
会聚集在钎料表面,降低液态钎料的表面张力,减少 Zn 与 O 反应的机会,改善了钎料的流动
性,提高了钎料的润湿性能,改善钎料的氧化;但 Pr 也是易氧化物质,当 Pr 含量超过 .%
时,Pr 会在钎料表面氧化形成氧化渣,恶化钎料的润湿性能,加剧钎料的氧化,本试验中 Pr
的最佳添加量为 .%。
随着 Pr 含量的添加,钎料的腐蚀速度逐渐降低,腐蚀电位逐渐升高,钎料的耐蚀性能得到
改善,钎料的腐蚀机制由 Sn-9Zn 钎料的全面腐蚀加点腐蚀慢慢向均匀腐蚀转变,腐蚀坑变浅,
腐蚀产物不易脱落,耐蚀性能提高。
Pr 添加后后焊点的剪切力和拉伸力均有较大的提高,剪切力在 Pr 含量为 .%时增加
达 %,而拉伸力在 Pr 含量为 .%时增加达 38%,过量 Pr 添加后,断口处有大块的硬
而脆的 Cu-Zn 化合物,焊点在金属间化合物与钎料界面附近断裂,焊点力学性能反而下降。
Pr 加入后细化了钎料基体中的富 Zn 相,减缓了界面 IMC 层的生长速度,且抑制了 IMC
与 Cu 基板界面 Cu-Sn 化合物形成,使得界面组织更为稳定,提高了焊点可靠性;但是当 Pr 添
加到 .%时,界面附近形成了大量的 Sn-Pr 化合物,这些 Sn-Pr 化合物随后被氧化并导致
了钎料中锡须的大量生长。总的来说,Pr 在 Sn-9Zn 钎料中的最佳添加量为 .%,此时钎
料综合性能最佳。

关键词:Sn-9Zn,无铅钎料,润湿性能,力学性能,界面,锡须

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稀土 Pr 对 Sn-9Zn 无铅钎料组织和性能的影响
ABSTRACT
Due to the toxicity of Pb and the demand for high performance solders to meet the development
of miniaturization and high-density of electronic product, it es urgent to develop some lead-free
solders with excellent performance and low cost. Among all lead-free solders, Sn-Zn alloy has been
recognized as the one of the most promising alloy since many advantages of the solder, such as low
melting point close to the Sn-Pb alloy, excellent mechanical properties of solder joints, low cost and
so on. But its deficiency in wettability, oxidation resistance and corrosion resistance limited its wide
application in electronic product. So in this paper, we proposed adding some rare earth element Pr to
the Sn-9Zn solder in the hope of optimizing the properties of the solder and studied the influence rules
of Pr content on the properti