钯和锡料时效对锡——铅共晶焊料的机械及疲劳性能的影响

Vaynm.,S 杨宁

文章摘要:本文研究（ａ）添加０．５％（重量）的钯和（ｂ）焊料时效对（６３Ｓｎ３７Ｐｂ）共晶焊料机械及疲劳性能的影响。在室温下共晶焊料的蠕变速率不受添加Ｐｄ的影响。但是，在８０℃时含Ｐｄ焊料的蠕变速率比Ｓｎ－Ｐｂ共晶焊料缓慢。
文章主题:蠕变 等温疲劳 钯添加剂 焊料 抗拉性能

文章内容：国外锡工业,7<>/27()1999钯和焊料时效对锡——铅共晶焊料的机械及疲劳性能的影响.,....,37,-本文研究()添加0.5%(重量)的钯和()焊料时效耐(6337)共晶焊料机械及疲劳性能的影响.在室温下共晶焊料的蠕变速率不受添加的影响.但是,在8℃时含焊料的蠕变^琏率比—共晶焊料缓慢.应变速率明显地影响到实际上作为二元焊料的台共晶焊料的屈服应力和拉伸应力.焊料在25℃时的等温疲劳寿命实质上不添加而变化.合焊料的显微结构由(),()多面体晶粒和金属间的分散体组成.在25～80℃的蠕变变形中出现有意义的量微结构变化和中间相界面现象.七年的环境时效导致焊料软化和等温疲劳寿命的适度增加.,.\,-婪共晶锡一铅,芝兰查重,堡墨型,丝,堪丝监一,,二上''1前言在电气装置中焊料接点失效是由于熟疲劳对用于电气组件的焊料的机械和疲劳性能的认识是:需要对焊料接点作更好的设计井作加速时效的试验研究,从而改进焊料.由于工艺需要和操作要求在电气组装中使用不同组分的焊料.不同焊料在疲劳特性方面有相似性的同时.在具体的显徽结构,机槭性能和疲劳性能方面各焊料又有所不同.强调以下事实是重要的:由于焊料的显徽结构对杂质和时效状况有很高的敏感度,相同组分的焊料如果时效状况不同就可能有不同的机械性能.此外.焊料融化和/或与金属化的材料反应,这样就改变了焊料成分以及在界面形成金属间化合物.所有这些改变都可能影响到焊料的机城和疲劳性能.?近几年,发现钯金属喷镀在电气组件中的更多的用途".因此.本文论述舔加钯对锡一铅共晶焊料的机城和疲劳性能的影响.由于锡铅共晶焊料在室温和更高的温度下经历了一个粗化的过程.本文还就延时时效对机械和疲劳性能的影响进行研究.实验规程本研究中用锡一铅共晶焊料(63.%一37.%)和含0.5.%的锡一铅共晶焊料的铸块作为试料.狗骨头"形状的试样其标准部分的尺寸是厚6,宽12.7和长2.7.它在预热过的铝模中浇铸成型,再机加工成所需的尺寸,然后抛光.将试洋在150℃熟处理24小时并在试验前一周置于室温下以获得标准的试验状态.试验研究工作还包括同样制备一份自1990年夏天以来就已在室温下进行环境时27(4)1999钯和焊料时效对锡——铅共晶焊料的机械及疲劳性能的影响-33效的锡一铅焊料试样.所有的锡一铅共晶试样都是用同一批焊料制各的.进行了三种试验:拉伸试验;恒定载荷下的蠕变试验;控制等温疲劳应变的试验.拉伸试验是在具有密封循环回路的液压伺服机构的材料试验机上匮行的,应变速率从10至0'.蠕变试验是在恒定载荷下进行的.疲劳试验是在每循环2而且不延长时间的情况下进行的.试验采用总变应控制模式.应变从0变化到预先确定的最大值.以载荷降到一半作为失效标准.在试验中焊料试样的温度通过西北大学研制的装置来进行控制,该装置借助手柄来调节".抛光后的试样,在蠕变试验前后.用一种在甲醇中加入5%(体积)的淡的酸洗液进行处理.微结构的特性鉴定用一4500扫描电子显微镜()来进行,它带有冷凝场致发射枪和一个诺兰能量扩散分地检测仪()以及计算机分析软件.扫描电子显徽镜的工作电压为2.用这频谱丰棼低的检测仪来获取数字化显微照片.金属间晶粒的组分用多点式来确定.结果与讨论对锡一铅共晶焊料机撼性能的影响图和围2表示在25℃不同的应变速率对两种试料进行拉伸试验的结果.很明显屈服应力对两种试料即台钯或不含钯的共晶焊料的应变速率有强大的影啊.当应变速率减少两个数量级时对应于该应变的屈服应力减少约一半.对于焊料来说这一特性是我们所指望的,因为室温多半比焊料类似的温度高.图3中按0.5%总应变对两种焊料的屈服应力作了比较.裉明显含钯和不含钯的焊料特性几乎是相同的,除了在应变速率最低州.添玎钯似乎会增屈服应力的情况外.刳3还包括我们的实验于1990年对锡一钳共晶焊料时效一周所获得的拉伸数据.山=趟圉1在影响应变速率盼试验中,-37.%埠料在25℃的拉伸应变特性圉2在量;响应变速事的试验中.一36.75.%一0.5.%埠料在25℃的拉伸应变特性图4～7慨括了在恒定载荷的情况下含和不含的共晶焊料在25℃和80℃两种温度的蠕变.即使在外加应力的情况下在室温中两种焊料都发生广延蠕变.图8所示为应力起作用时两种焊料在两种温度下的稳定状态的蠕变速率.在室温下对于两种焊料施以相同应力产生的蠕变速率几乎是相同国外锡工业27(4)1999的.而在8℃添加0.5%的钯.蠕变速率稍有增加.^君一'埘《堪应竞圭率,囝3在影响应变速率的试验中..一37.%和一36.75.%一0.5焊料的环境屈服应力囝4一37.%焊料在25℃时的蠕变特性制埘制里5一37.%焊料在8℃时的蠕变特性制辩坦制孽时阃.时?田6一36.75.%一0.5.焊料在25℃时的蠕变特性田7一36.75%两一0.5.'挥辩在80℃时叠●●性这些焊辩的蠕变速率数据可以用以下类型的幂律方程表示:=(一嚣)(1)这里.为应变速率.为应力,为焊料的相关常鼓.代表应力指数.为澈活能.为通用的气体常鼓.为绝对温度.方程中_27(4)1999钯和焊料时效对锡——铅共晶焊料的机械及疲劳性能的影响?35应力.图8一37%和一36.75%0.5%焊料在25℃和80℃时应力对应干应变速率的对嚣母象含钯和不含钯的焊料的有代表性的应力值很接近.这些代表值在室温下比在80℃时高,这就表明了当温度增加时蠕变应变的机理.的值取决于位错攀移是否成同格结掏或对界面扩散的控制,它通常的范围是3～.对共晶或近共晶锡一铅合金的高温应变特性的实验研究已经过多.这些结果已经由阿罗伍德()等人作了评述.他们将应变特性划分成三个区:区(低应变速率),ⅱ区(超塑性),区(高应变速率).在当前的研究中所获得的激活能的值接近由格里瓦斯(79.11)),穆罕默簋和兰登(84.1/01),拉姆等(87,凸)"以及特里布拉所报告的蠕变激活能的懂".3.5时它的值与蠕变的热激活能应变滑移控制摸式时的值相一致.≈5.5时可能意味着该应变受晶粒内位错蠕变的支配.添加的似应尽量减少,但对降低