第7期 吴茂等：SnAgNi钎料钎焊Ni镀层SiC,/Al复合材料的接头微观结构及剪切性能 ,885 构.然而，SiC,/Al复合材料表面存在非金属的SiC 表2化学镀Ni(B)溶液的组成 颗粒，电镀Ni存在一定困难，因此可以采取化学镀 Table 2 Chemical composition of electroless Ni(B)plating solution N(P)合金的方法门.目前常见的化学镀Ni(P)合 化学组成 质量浓度或体积分数(pH13,80℃) 金的工艺中，镀层中P质量分数一般为10%左右， NiClz 30gL-1 这对外壳的可靠性具有不利的影响8]，为了消除镀 NaBHa lgL-1 层中P,N(B)合金镀层成为一种很好的选择 NaOH 40gL1 目前，SnAg和SnAgCu焊料是最常见的两种无 H2NCH2CH2NH2 60mL-L-1 铅焊料，研究发现，在SnAg/Cu或SnAgCu/Cu钎 H2NCSNH2 3mg-L-1 焊接头中，会生成Cu6Sn5和Cu3Sn两种脆性的金属 间化合物，而这两种化合物与焊料之间的热应力会 将镀Ni后的SiCp/Al复合材料用SnAgNi焊料 对钎焊接头的可靠性产生不利影响山.由于N 进行钎焊，接头如图1所示.钎焊温度为280℃，N2 在Sn基焊料中的溶解度很小以及SnNi金属间化 保护，焊剂为中性松香焊剂(RMA),并在焊料液态 合物具有较低的生长速度，因此Nⅱ一直被认为是一 温度以上保温4min.钎焊后接头在150℃分别保温 种焊料与基体之间的良好的阻挡层材料o).本研 0,50,250,500和1000h 究中，为了减少金属间化合物的种类，在SnAg焊料 中引入质量分数2%的Ni形成Sn-2.5Ag一2.0Ni Sn-Ag-Ni煤料 Ni双镀层 焊料焊接镀镍后的SiC,/Al复合材料. 本实验首先在SiCp/Al复合材料表面化学镀 Ni(P)合金，然后在Ni(P)镀层表面化学镀Ni(B)合 图1轩焊接头截面结构 金.为了与传统工艺镀层进行对比，同时在N(P)镀 Fig.1 Cross section structure of a typical solder joint 层表面电镀Ni,在SiC,/Al复合材料表面形成Ni (P)/Ni(B)和Ni(P)/Ni两种双镀层结构.最后采 钎焊接头的微观结构及剪切后的断裂表面通过 用SnAgNi焊料对具有这两种镀层的SiCp/Al复合 LE01450扫描电镜进行分析，剩余的Ni(P)镀层的 材料进行钎焊，研究时效及不同的N镀层对 平均厚度由扫描电镜进行测量，所有剪切实验均使 SnAgNis钎焊接头的微观结构和剪切强度的影响，以 用RG3OO0A试验机在室温下进行测试，剪切速率 及两种钎焊接头的时效模式与机理 为0.2 mm'min-1. 1实验过程 2结果与讨论 本文采用Pd盐活化的方法在SiC./Al复合材 2.1时效对微观结构的影响 料表面化学镀镍.首先对SiCp/A1复合材料进行酸 本实验采用Sn一2.5Ag2.0Ni焊料，由差热曲 洗和碱洗以去除材料表面油污与杂质，然后分别将 线（图2）可知，其熔点为237.3℃.据此，确定钎焊 其放进SnCl2和PdCl2溶液中进行敏化和活化，最 温度为280℃，比其液相线温度高50℃左右，并在 后将其放入镀液中进行化学镀。表1为化学镀 其液相线温度以上保温4min, Ni(P)的镀液的成分及工艺制度，其厚度为2m,在 2.0 237.3℃ Ni(P)镀层表面分别化学镀Ni(B)和电镀Ni,这两 种镀层厚度均为4m,表2列出了化学镀Ni(B)镀 液的成分及工艺 1.0 表1化学镀N(P)溶液的组成 $ Table 1 Chemical composition of electroless Ni(P)plating solution 0.5 235.6℃ 化学组成 质量浓度或体积分数(pH6.5,65℃) NiS04·7Hz0 30gL-1 NaH2PO2.H2O 30gL-1 50 100150.200250300 Na3C6H507-2H20 8gL-1 温度： (NH)2s04 20gL-1 C2H50COOH 15mLL-1 图2Sn一AgNi焊料的差热曲线 Fig.2 Differential scanning calorimetry curve of SnAgNi solder构．然而‚SiCp／Al 复合材料表面存在非金属的 SiC 颗粒‚电镀 Ni 存在一定困难‚因此可以采取化学镀 Ni（P）合金的方法［7］．目前常见的化学镀 Ni（P）合 金的工艺中‚镀层中 P 质量分数一般为10％左右‚ 这对外壳的可靠性具有不利的影响［8］．为了消除镀 层中 P‚Ni（B）合金镀层成为一种很好的选择． 目前‚SnAg 和 SnAgCu 焊料是最常见的两种无 铅焊料．研究发现‚在 SnAg／Cu 或 SnAgCu／Cu 钎 焊接头中‚会生成 Cu6Sn5 和 Cu3Sn 两种脆性的金属 间化合物‚而这两种化合物与焊料之间的热应力会 对钎焊接头的可靠性产生不利影响［9－11］．由于 Ni 在 Sn 基焊料中的溶解度很小以及 Sn－Ni 金属间化 合物具有较低的生长速度‚因此 Ni 一直被认为是一 种焊料与基体之间的良好的阻挡层材料［10］．本研 究中‚为了减少金属间化合物的种类‚在 SnAg 焊料 中引入质量分数2％的 Ni 形成 Sn－2∙5Ag－2∙0Ni 焊料焊接镀镍后的 SiCp／Al 复合材料． 本实验首先在 SiCp／Al 复合材料表面化学镀 Ni（P）合金‚然后在 Ni（P）镀层表面化学镀 Ni（B）合 金．为了与传统工艺镀层进行对比‚同时在Ni（P）镀 层表面电镀 Ni‚在 SiCp／Al 复合材料表面形成 Ni （P）／Ni（B）和 Ni（P）／Ni 两种双镀层结构．最后采 用 SnAgNi 焊料对具有这两种镀层的 SiCp／Al 复合 材料 进 行 钎 焊‚研 究 时 效 及 不 同 的 Ni 镀 层 对 SnAgNi钎焊接头的微观结构和剪切强度的影响‚以 及两种钎焊接头的时效模式与机理． 1 实验过程 本文采用 Pd 盐活化的方法在 SiCp／Al 复合材 料表面化学镀镍．首先对 SiCp／Al 复合材料进行酸 洗和碱洗以去除材料表面油污与杂质‚然后分别将 其放进 SnCl2 和 PdCl2 溶液中进行敏化和活化‚最 后将其放入镀液中进行化学镀．表1为化学镀 Ni（P）的镀液的成分及工艺制度‚其厚度为2μm．在 Ni（P）镀层表面分别化学镀 Ni（B）和电镀 Ni‚这两 种镀层厚度均为4μm．表2列出了化学镀 Ni（B）镀 液的成分及工艺． 表1 化学镀 Ni（P）溶液的组成 Table1 Chemical composition of electroless Ni（P） plating solution 化学组成 质量浓度或体积分数（pH6∙5‚65℃） NiSO4·7H2O 30g·L －1 NaH2PO2·H2O 30g·L －1 Na3C6H5O7·2H2O 8g·L －1 （NH4）2SO4 20g·L －1 C2H5OCOOH 15mL·L －1 表2 化学镀 Ni（B）溶液的组成 Table2 Chemical composition of electroless Ni（B） plating solution 化学组成 质量浓度或体积分数（pH13‚80℃） NiCl2 30g·L －1 NaBH4 1g·L －1 NaOH 40g·L －1 H2NCH2CH2NH2 60mL·L －1 H2NCSNH2 3mg·L －1 将镀 Ni 后的 SiCp／Al 复合材料用 SnAgNi 焊料 进行钎焊‚接头如图1所示．钎焊温度为280℃‚N2 保护‚焊剂为中性松香焊剂（RMA）‚并在焊料液态 温度以上保温4min．钎焊后接头在150℃分别保温 0‚50‚250‚500和1000h． 图1 钎焊接头截面结构 Fig．1 Cross-section structure of a typical solder joint 钎焊接头的微观结构及剪切后的断裂表面通过 LEO1450扫描电镜进行分析‚剩余的 Ni（P）镀层的 平均厚度由扫描电镜进行测量．所有剪切实验均使 用 RG3000A 试验机在室温下进行测试‚剪切速率 为0∙2mm·min －1． 2 结果与讨论 图2 Sn－Ag－Ni 焊料的差热曲线 Fig．2 Differential scanning calorimetry curve of SnAgNi solder 2∙1 时效对微观结构的影响 本实验采用 Sn－2∙5Ag－2∙0Ni 焊料‚由差热曲 线（图2）可知‚其熔点为237∙3℃．据此‚确定钎焊 温度为280℃‚比其液相线温度高50℃左右‚并在 其液相线温度以上保温4min． 第7期 吴 茂等： SnAgNi 钎料钎焊 Ni 镀层 SiCp／Al 复合材料的接头微观结构及剪切性能 ·885·