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随着电子行业无铅化进程的推进,Sn-Ag-Cu系无铅钎料以其良好的润湿性、力学性能和可靠性成为Sn-Pb钎料最具潜力的替代合金。与此同时,Sn-Ag-Cu系无铅钎料熔点较高,等温时效时钎料中Cu6Sn5粗化等问题亟待解决。另外,金属Ag价格高,也是制约Sn-Ag-Cu钎料普及的主要原因之一。因此,对于低银Sn-Ag-Cu钎料及其微合金化对其组织和性能的研究具有重要意义。本文首先对不同Ag含量的Sn-Ag-Cu合金(Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-1.0Ag-0.5Cu、Sn-0.3Ag-0.7Cu和Sn-0.7Cu)的力学性能性能与显微组织进行系统的比较,讨论采用低银Sn-1.0Ag-0.5Cu钎料替代高银钎料的可行性。其次,在低银Sn-1.0Ag-0.5Cu无铅钎料的基础上添加少量金属元素In(1.0%-4.0%),研究其对钎料合金显微组织、熔化温度、润湿性能、界面金属间化合物(IMC)的生长以及焊点可靠性的影响,重点讨论了焊点在等温时效过程中抗拉强度和抗剪强度的变化。研究结果表明,随着Sn-Ag-Cu钎料中Ag含量的增加,Sn-Ag-Cu合金的润湿性能得到提升,基体中网状共晶相增加,Sn-AgCu/Cu界面IMC的尺寸逐渐减小,但Sn-1.0Ag-0.5Cu钎料与高银Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料的现象相差不大。等温时效的过程中,BGA焊点的剪切强度先下降后趋于稳定,150℃时效960h后,Sn-1.0Ag-0.5Cu和Sn-3.0Ag-0.5Cu的剪切强度相差3MPa左右。以上结果可以说明,在高温服役足够长的时间后,Sn-1.0Ag-0.5Cu合金完全可以取代高银SnAg-Cu合金的使用。添加In元素后,Sn-1.0Ag-0.5Cu-x In合金的熔点随着In含量的增加而逐渐降低。当In的添加量为4.0%时,其合金的铺展面积最大,但钎料的抗氧化性能逐渐下降。In的添加,细化了Sn-1.0Ag-0.5Cu钎料合金的组织。当In的添加量超过2.0%时,Sn-1.0Ag-0.5Cu-x In合金在高温时效后基体中出现大量的块状IMC。回流后的BGA焊点中Sn-1.0Ag-0.5Cu-x In/Cu界面IMC的形貌与厚度变化不大,In参与了界面金属间化合物的形成,IMC成分为Cu6(Sn,In)5。在等温时效的过程中,IMC的厚度逐渐增加,In的添加抑制了界面IMC的生长,阻碍了Cu6(Sn,In)5向Cu3(Sn,In)转变。其中,当In的添加量为2.0%时,对界面IMC生长的抑制作用最为明显。力学性能方面,随着In含量的增加,Sn-1.0Ag-0.5Cu-xIn合金的抗拉强度和剪切强度逐渐升高。时效过程中,合金的力学性能逐渐下降并最终趋于稳定。时效960h后,Sn-1.0Ag-0.5Cu-2.0In的抗拉强度和剪切强度最高。结合成本原因,综合考虑得出In的添加量不宜超过2.0%。