陳海燕，曾鍵波，謝 羽，路美秀，牛 艷，李 霞

(1 廣東工業(yè)大學 材料與能源學院，廣州 510006； 2 廣州帝特電子科技有限公司，廣州 510545； 3 廣東外語外貿(mào)大學 思科信息學院，廣州 510006； 4 廣東石油化工學院 化工與環(huán)境工程學院，廣東 茂名 525000)

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Sn-Sb-Cu-Ni焊料和焊點在低溫條件下組織和性能研究

陳海燕1，曾鍵波1，謝 羽2，路美秀3，牛 艷1，李 霞4

(1 廣東工業(yè)大學 材料與能源學院，廣州 510006； 2 廣州帝特電子科技有限公司，廣州 510545； 3 廣東外語外貿(mào)大學 思科信息學院，廣州 510006； 4 廣東石油化工學院 化工與環(huán)境工程學院，廣東 茂名 525000)

為保證Sn-Sb-Cu-Ni合金及焊點在低溫環(huán)境下使用可靠性，將SnSb4.5CuNi合金焊料和焊點在25，-10，-20，-60℃恒溫環(huán)境中進行儲存565天后，考察了不同溫度下SnSb4.5CuNi合金微觀組織形貌、物相、密度、電導(dǎo)率、抗拉強度和塑性的變化，通過納米壓痕法測量SnSb4.5CuNi/Cu焊點界面過渡層Cu6Sn5金屬間化合物(IMC)的硬度和彈性模量，對焊接接頭進行抗拉強度、剪切強度和低周疲勞測試。結(jié)果表明：合金主要由 SbSn和β-Sn組成，低溫處理565天后合金組織形貌逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲罱M織，焊料合金的密度和電導(dǎo)率均隨溫度降低而升高，表明經(jīng)低溫儲存后合金沒有發(fā)生灰錫轉(zhuǎn)變，但脆性SbSn相析出量的增多和枝晶組織致使鑄態(tài)合金的拉伸強度降低，增加了合金脆斷風險；隨著溫度的下降，焊接界面IMC層的彈性模量和硬度增大，焊件拉伸破壞模式從焊料內(nèi)部轉(zhuǎn)為IMC層，斷口越趨平整，焊件的抗拉強度、抗剪強度下降, 呈現(xiàn)了低溫脆性斷裂的傾向。

無鉛焊料；顯微組織；低溫脆性；納米壓痕測試；低周疲勞

無鉛焊料SnSbCuNi系合金為一種新開發(fā)的釬料，在釬焊過程中具有優(yōu)良的潤濕性，焊接接頭的抗拉強度和抗剪強度較大，含Sb元素3%～6%的范圍內(nèi)，合金的熔點隨Sb含量的增多而上升，熔點為234.5～238.0℃，常溫下SnSbCuNi合金具有穩(wěn)定的物理特性和優(yōu)良的力學性能，可廣泛應(yīng)用于雙面電路板SMT組裝時二次回流焊工藝[1-3]。目前無鉛焊料合金可靠性研究主要集中于常溫和高溫條件，在寒冷條件下遇到的可靠性問題鮮有報道。在整個物流過程中的傳送、存儲和使用過程中，焊料和對應(yīng)的電子產(chǎn)品常常要遭遇低溫環(huán)境，如黑龍江、內(nèi)蒙古、青海西部及新疆北部局部地區(qū)冬季氣溫有可能低于-40℃。溫度是影響金屬材料和工程結(jié)構(gòu)斷裂方式的重要因素之一,許多斷裂事故發(fā)生在低溫[4]，錫以及錫合金在低溫環(huán)境下發(fā)生性能變化主要有兩方面原因：發(fā)生了低溫錫相變[5,6]或低溫脆性[7]。當錫或錫合金冷卻到13.2℃以下，β-Sn會緩慢地轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Sn，α-Sn的晶格結(jié)構(gòu)和Si一樣，因此它是一種半導(dǎo)體而不是金屬，并具有本征脆性，同時β向α相轉(zhuǎn)變過程有26%～27%的體積膨脹，導(dǎo)致電子產(chǎn)品產(chǎn)生裂紋，最終完全粉碎。有報道稱Sb元素可以抑制灰錫相變，或者會把相變開始的溫度降至很低[8]。常溫下，金屬材料在常溫條件下原子的結(jié)合較疏松，彈性好，金屬能吸收較多的外部沖擊能量，在低溫情況下原子結(jié)合得較緊密，由于彈性差只能吸收極少的外來能量，材料因其原子周圍的自由電子活動能力和“黏結(jié)力”減弱而呈現(xiàn)脆性。因此在高寒環(huán)境下使用，SnSbCuNi焊料和焊點發(fā)生性能惡化的風險較大，為保證合金焊料在低溫環(huán)境下使用可靠性，本工作研究了SnSb4.5CuNi焊料和焊點在低溫條件下(-10～-60℃)下微觀組織和性能的演變，研究低溫下合金焊料和焊點失效的條件與機理，對促進我國電子工業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 實驗材料與方法

將SnSb4.5CuNi焊料以及其焊接接頭放入溫度分別為25，-10，-20，-60℃的恒溫冰箱內(nèi)保持565天，取出后置于室溫環(huán)境中進行組織觀察和性能測試。采用標準金相制備方法對樣品進行金相制備并觀察組織，所用腐蝕液成分為(C2H5OH：100mL,HC1：5～25mL,FeCl3：10g)。采用Itima Ⅲ型的X射線衍射儀對焊料合金組織進行物相鑒定，試樣檢測的角度范圍是20～90°；采用阿基米德排水法測量SnSb4.5CuNi合金的密度，ZY9987型數(shù)字式微歐計測量電導(dǎo)率；采用AMRAY-100B電子顯微鏡對樣品及拉伸斷口進行微觀形貌分析；采用Nano Indenter G200型納米壓痕實驗系統(tǒng)進行測試焊料/Cu界面過渡層金屬間化合物的硬度和彈性模量，壓頭為Berkovich形，加載速率為10nm/s，泊松比為0.35。焊接接頭強度測試采用無鉛技術(shù)應(yīng)用參考標準中的“無鉛焊料的焊點拉伸及剪切實驗方法”對焊接接頭進行抗拉強度測試，焊接基板為紫銅條，用280～1000目砂紙將搭接處表面打磨光滑，酒精和丙酮清洗后按圖1所示進行焊接，助焊劑選用活性松香，在申力WDW-100型微機控制電子萬能試驗機上以30mm/min的拉伸速率進行拉伸測試，釬焊接頭力學性能參數(shù)數(shù)值為5個平行試樣的平均值，拉伸實驗后，對斷口進行觀察。利用申力WDW-100型微機控制電子萬能試驗機對焊料鑄件進行力學性能測試，樣品拉伸實驗拉伸時第一階段為例控制0.5kN/s，第二階段為位移控制1.5mm/s，把焊料鑄件表面打磨光滑，按照拉伸試樣的規(guī)定畫好標距等，抗拉強度測試樣品如圖2所示。拉伸實驗后，對斷口進行觀察。采用EHF-EM100K-020-1A電液伺服疲勞試驗機，利用機械式位移法對如圖1(b)所示的焊接接頭進行低周疲勞測試，實驗溫度為293K，相對濕度80%，采用三角波形，頻率1Hz，位移量0.020mm。

圖1 焊接接頭示意圖 (a)抗剪強度；(b)抗拉強度Fig.1 Diagram of welding joint (a)shear strength;(b)tensile strength

圖2 鑄態(tài)焊料拉伸測試樣品示意圖Fig.2 Diagram of casting solder sample for stretching

2 結(jié)果與分析

2.1 焊料物相組成和顯微組織

圖3為SnSb4.5CuNi合金不同儲存溫度下的XRD衍射圖。通過Jade軟件對衍射圖譜進行卡片對比，由圖3可知，SnSb4.5CuNi合金主要有兩相：β-Sn和SbSn，并未發(fā)現(xiàn)α-Sn相，表明SnSb4.5CuNi合金經(jīng)歷565天冷凍后未出現(xiàn)明顯的相變。經(jīng)-10℃以下的低溫儲存合金圖合金，與常溫相比，SbSn相(101)晶面對應(yīng)的衍射峰和(012)衍射峰的強度值明顯變大，β-Sn三大強峰的峰值變小，說明在低于-10℃溫度儲存后，合金中SbSn相含量增多，脆性相SbSn如果偏聚于晶界或相界上，合金的機械強度有所下降?；wβ-Sn的各衍射峰峰值中，晶面(420)的衍射峰峰值在儲存溫度為-10℃時出現(xiàn)了突變，該(420)晶面上Sn原子出現(xiàn)了優(yōu)勢生長的現(xiàn)象。

圖3 SnSb4.5CuNi合金不同儲存溫度下的XRD衍射圖譜Fig.3 XRD diffraction patterns of SnSb4.5CuNi alloy at different storage temperatures

圖4為SnSb4.5CuNi合金顯微組織形貌，圖4(a)顯示25℃儲存的焊料組織呈等軸共晶組織，圖4(b)，(c)，(d)分別為經(jīng)-10,-20，-60℃儲存后的焊料組織：經(jīng)低溫儲存565天后，焊料固溶體因溫度降低呈過飽和狀態(tài)，Sb原子作為溶質(zhì)原子通過擴散以SbSn金屬間化合物的形式析出，這種因冷凍作用而析出的新相在晶界和沿著散熱溫度方向優(yōu)先生長，形成具有偏析的樹枝晶組織，這種偏析枝晶的出現(xiàn)將會影響材料性能，使焊料塑性下降，呈現(xiàn)脆化。

圖4 SnSb4.5CuNi焊料的光學顯微組織形貌 (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃Fig.4 Optical microstructure morphology of SnSb4.5CuNi solder (a)25℃；(b)-10℃；(c)-20℃；(d)-60℃

2.2 合金物理性能

表1為SnSb4.5CuNi焊絲的電導(dǎo)率、密度與儲存溫度的關(guān)系。β-Sn相在低溫條件下，原子在晶體點陣上布朗運動熱振幅減小，電子和金屬中晶體點陣上的原子的碰撞機會降低，電子漂移受到的阻礙作用愈小，導(dǎo)體呈現(xiàn)的電阻率隨之減小(電導(dǎo)率增大)。另外Sb在Sn中的固溶度隨著溫度的下降而降低，SbSn金屬間化合物析出量增大，固溶體中的溶質(zhì)原子貧化，Sn原子集團的周圍畸變減少，電子散射減弱，導(dǎo)致電阻率下降。如果在冷凍過程中有灰錫α-Sn相析出，作為半導(dǎo)體材料的α-Sn相Fermi能級位于導(dǎo)帶和價帶之間，溫度降低，從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶的載流子數(shù)目減少導(dǎo)致電阻率升高，從表1看出，SnSb4.5CuNi焊料的電阻隨著溫度的降低而下降，可推斷合金未出現(xiàn)明顯的灰錫α-Sn。白錫β-Sn和灰錫α-Sn的密度[9]分別為7.298g/cm3和5.846g/cm3，表1顯示焊料合金的密度呈隨著溫度降低而變大的趨勢，表明焊料在565天低溫冷凍后沒有發(fā)生相變。

表1 不同溫度下焊料的電導(dǎo)率和密度

2.3 焊接接頭的力學性能

2.3.1 IMC層的彈性模量和硬度

納米壓痕實驗系統(tǒng)對焊料/Cu界面過渡層Cu6Sn5金屬化合物處連續(xù)測量的載荷-位移曲線，通過Oliver-Pharr(O&P)方法[10,11]可獲得材料硬度H和彈性模量E

(1)

式中:Pmax為最大載荷;A為投影接觸面積；S為接觸剛度;β為壓頭幾何形狀相關(guān)常數(shù)，本實驗的β=1.034。獲得的焊接界面的硬度-壓入位移和彈性模量-壓入位移的曲線如圖5所示。

圖5(a)的硬度-位移曲線顯示，當Berkovich壓頭壓入深度較小時，材料的硬度較大，隨著壓入深度的增加，硬度趨于穩(wěn)定，出現(xiàn)了微納米壓痕的硬度尺寸效應(yīng)：初始壓入階段由于材料表面的粗糙度、壓痕的凸起或凹陷、裂紋等因素造成的壓痕深度和面積的計算誤差，以及試樣表面一系列打磨和拋光工序使得表面顯現(xiàn)加工硬化特性。冷凍溫度為25℃和-10℃時，壓頭壓入位移量達到500nm后硬度值趨于穩(wěn)定，-20℃和-60℃試樣位移量為1000nm時硬度值才穩(wěn)定，表明溫度越低，壓頭對IMC層的初始塑性變形所需的載荷越大。

隨著存儲溫度的下降，焊接界面IMC層的彈性模量值和硬度值增大，從25℃到-60℃，硬度值從小到大分別為0.36，1.01，1.23GPa和1.72GPa。彈性模量作為材料剛度的度量，在外力相同的情況下，彈性模量越大，剛度越大，焊點在25，-10，-20，-60℃溫度下存儲，IMC層彈性模量依次為54.86，58.12，61.02，69.88GPa，表明存儲溫度越低，焊點界面IMC層的彈性變形越小。焊點界面主要成分為Cu6Sn5金屬化合物，這種金屬化合物具有六棱柱的晶體結(jié)構(gòu)[12]，與面心立方晶體結(jié)構(gòu)相比，六棱柱晶體結(jié)構(gòu)的位錯寬度較小，晶面原子排列稀疏，溫度降低時六方晶格中的而位錯增值且遭到塞積或阻礙而表現(xiàn)出低溫脆性。

圖5 焊料/Cu界面IMC層的硬度、彈性模量-壓入位移曲線 (a)硬度-位移；(b)彈性模量-位移Fig.5 The hardness and modulus-displacement indentation curves for the IMC (a) hardness-displacement;(b) modulus-displacement

2.3.2 抗拉強度與抗剪強度

圖6為SnSb4.5CuNi鑄態(tài)焊料合金的抗拉強度與存儲溫度關(guān)系，以及焊接接頭強度(包括抗拉和抗剪強度)與存儲溫度的關(guān)系。圖6顯示焊料合金經(jīng)恒溫保持565天后，在25～-60℃范圍內(nèi)，存儲溫度下降，鑄態(tài)合金的抗拉強度有所下降，分別為76.30，73.92，70.02，70MPa，由于SnSb4.5CuNi鑄態(tài)焊料受到長時間冷凍處理后，與常溫焊料比較，合金顯微組織形貌呈樹枝狀，SbSn在枝晶內(nèi)發(fā)生偏析，枝干和枝干間的成分不均勻，其結(jié)果使材料的力學性能出現(xiàn)明顯的方向性和機械強度變差。另一方面，焊接完成后金屬間化合物與紫銅基板、焊料形成“三明治”結(jié)構(gòu)，3種材料熱膨脹系數(shù)[14]不同，儲存溫度的降低導(dǎo)致金屬間化合物、焊件、焊料的熱膨脹系數(shù)差異程度更大，抗變形的能力更差，因此焊接接頭的抗拉強度和抗剪強度均隨著溫度的下降而降低。

圖6 合金的抗拉強度和焊接接頭強度(抗剪強度和抗拉強度)Fig.6 Effects of different temperature storage on the alloy casting alloy solder and its welded joint strength (tensile and shear strength)

表2為鑄態(tài)焊料合金伸長率和溫度關(guān)系，圖7是焊料合金冷儲存后的拉伸斷口微觀照片。從表2可看出，SnSb4.5CuNi合金的伸長率隨著冷凍溫度的下降而下降，表明焊料的塑性隨著溫度下降而變差。圖7(a)是鑄態(tài)合金經(jīng)25℃儲存后的拉伸斷口微觀形貌，可以看到較深而細小的韌窩緊密分布在斷口上，呈現(xiàn)韌性斷裂。圖7(b)為-10℃冷儲存后合金的斷口，斷口的韌窩比25℃的較淺些。圖7(c)是經(jīng)-20℃冷儲存后斷口形貌，中間部分分布著較小而淺的韌窩，但在周邊區(qū)域的韌窩變大。圖7(d)是經(jīng)-60℃冷儲存后的拉伸斷口微觀形貌，可以清楚地看到階梯狀的解理面，呈脆性斷裂形貌。由于SnSb4.5CuNi是以β-Sn相為基體的合金，β-Sn相為體心四方晶體，其位錯寬度小，晶面原子較少，排列稀疏，溫度降低時晶格中的某些雜質(zhì)元素氧、碳、氫等易在位錯區(qū)聚集，增加了滑移阻力，金屬變形困難，導(dǎo)致金屬塑性快速降低，在外力作用下易發(fā)生孿晶、激發(fā)解理斷裂，表現(xiàn)出脆性斷裂[13]。

表2 不同溫度下鑄態(tài)焊料的伸長率

圖7 SnSb4.5CuNi焊料冷儲存后的拉伸斷口形貌 (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃Fig.7 SnSb4.5CuNi solder tensile fracture microstructure after cold storage (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃

不同存儲溫度下焊料與Cu基板的互連結(jié)構(gòu)的損傷斷口形貌見圖8。在釬焊過程中SnSb4.5CuNi焊料與銅基板之間發(fā)生冶金反應(yīng)，生成的金屬間化合物主要為Cu6Sn5和Cu3Sn。圖8(a)顯示25℃存儲溫度下拉伸主斷裂面出現(xiàn)在焊料基體內(nèi)部，納米壓痕測定常溫條件下IMC處Cu6Sn5層的硬度為0.35GPa，焊料硬度為0.55GPa，相比之下焊料質(zhì)地較硬較脆，主裂紋在加載應(yīng)力軸垂直方向上，在焊料內(nèi)部Kirkendall空洞、氣孔等薄弱部位形核并生長，最終引起試樣失效斷裂。圖8(b)顯示-10℃冷凍后的斷裂面部分發(fā)生焊料內(nèi)部，部分發(fā)生在焊料/Cu6Sn5化合物界面處，裂紋的生長方向垂直于Cu6Sn5化合物的生長方向。-20℃冷處理后的焊點拉伸斷口截面如圖8(c)所示，斷裂面主要發(fā)生焊料/Cu6Sn5化合物界面上，裂紋沿著Cu6Sn5化合物與焊料之間的邊界生長，-20℃冷卻后Cu6Sn5金屬化合物硬度值1.23GPa，焊料的硬度為0.64GPa，相比之下，Cu6Sn5相比焊料的低溫脆性傾向更大，焊接界面IMC處更易發(fā)生冷裂，導(dǎo)致銅基板和焊料之間界面結(jié)合強度減小。圖8(d)為經(jīng)-60℃冷處理后的焊點拉伸斷口截面，圖中顯示斷裂面發(fā)生在Cu6Sn5/Cu3Sn界面處，這是因為焊接接頭試樣存儲溫度下降后IMC硬度增大到1.72GPa，焊料的硬度為0.76GPa，焊件受拉伸外力作用時，硬而脆的金屬間化合物成為“三明治”結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分，必然導(dǎo)致焊口出現(xiàn)脆性斷裂。綜上所述，隨著溫度下降，焊點破斷模式從常溫下焊料內(nèi)部破裂模式轉(zhuǎn)變成焊料與IMC界面的混合破斷模式，當溫度低至-20℃以下時轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑嫫茢嗄Ｊ?，?dǎo)致焊件抗拉強度下降。

圖8 SnSb4.5CuNi/Cu焊點經(jīng)不同溫度冷處理后的拉伸試樣斷口微觀形貌 (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃Fig.8 SnSb4.5CuNi/Cu joint tensile fracture cross section after different temperature storage (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃

2.3.3 低周疲勞性能

在恒幅(0.020mm)對稱應(yīng)變循環(huán)實驗中，連續(xù)監(jiān)測應(yīng)力和應(yīng)變的響應(yīng)，由于測定疲勞性能的設(shè)備所使用的夾具以及其他組件在開始使用時需要吸收自身的間隙才能達到夾緊狀態(tài)，因此本實驗測試的hysteresis loop曲線從第5周期開始，得到一系列應(yīng)力-應(yīng)變環(huán)如圖9所示。

圖9(a)為SnSb4.5CuNi/Cu焊接接口拉伸試樣經(jīng)過25℃儲存的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖中可看出，在第5，200，1200，3500周期的滯回線[15]差異性很小，當循環(huán)次數(shù)達到3500周期時，焊件的塑性應(yīng)變幅為0.0020mm，彈性應(yīng)變幅為0.018mm，說明常溫下儲存的SnSb4.5CuNi/Cu焊接拉伸試樣，其彈性變形的范圍相對較廣。圖9(b),(c)分別為焊件在-10℃和-20℃的滯回環(huán)和循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，拉伸最大應(yīng)力均隨周期數(shù)增加而不同程度地下降，焊件的塑性應(yīng)變幅也隨著溫度的下降而變大，其中-10℃的焊件在3500周期時塑性應(yīng)變幅為0.0025mm，-20℃焊件的塑性應(yīng)變幅增加到0.0052mm。當冷凍溫度為-60℃時，拉伸最大應(yīng)力快速下降，塑性應(yīng)變幅高達0.0121mm(見圖9(d))，表明焊接接頭的存儲的溫度越低，焊接接頭更容易發(fā)生塑性變形。

圖9 SnSb4.5CuNi/Cu焊接接頭滯回環(huán)和循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃Fig.9 SnSb4.5CuNi/Cu welding tensile samples in each cycle hysteresis loop (a)25℃;(b)-10℃;(c)-20℃;(d)-60℃

3 結(jié)論

(1)經(jīng)-10，-20，-60℃低溫處理565天后，SnSb4.5CuNi焊料未發(fā)生低溫相變，焊料合金SnSb4.5CuNi中主要由β-Sn和SbSn兩相構(gòu)成，合金由常溫下的等軸組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏貥渲钇鼋M織，脆性相SbSn隨溫度降低析出量增大，導(dǎo)致合金出現(xiàn)低溫脆性傾向，合金的抗拉強度隨之而降低。

(2)采用納米壓痕測試系統(tǒng)對微小焊點的IMC層彈性模量和硬度進行測試，結(jié)果表明：存儲溫度越低，六方棱柱晶體結(jié)構(gòu)的Cu6Sn5金屬間化合物的彈性模量值和硬度值越大，25℃，-10，-20℃，-60℃的硬度值分別為0.36，1.01，1.23，1.72GPa，導(dǎo)致SnSb4.5CuNi/Cu焊接接頭的抗拉強度和抗剪強度下降，從25℃到-60℃，抗拉強度從65.02MPa下降到52.62MPa，抗剪強度從60.13MPa下降到49.34MPa；隨著冷卻溫度下降，拉伸斷口界面向著銅基體方向移動，焊接接頭更容易發(fā)生塑性變形，呈現(xiàn)了低溫脆性斷裂的傾向。

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Research on Microstructure andProperties of Sn-Sb-Cu-Ni Solder and ItsJoints at Low Temperature

CHEN Hai-yan1,ZENG Jian-bo1,XIE Yu2,LU Mei-xiu3,NIU Yan1,LI Xia4

(1 School of Materials and Energy,Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006,China;2 Guangzhou Dtech Electronics Technology Co.,Ltd.,Guangzhou 510545,China;3 Cisco School of Informatics, Guangdong University of Foreign Studies，Guangzhou 510006,China; 4 College of Chemical & Environmental Engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000,Guangdong，China)

To study the reliability at low temperature, the SnSb4.5CuNi solder and its welded joints were kept in the constant environments of 25, -10, -20 and -60℃ for 565 days, which offered conditions to observe and study the morphology, phase, density and electrical conductivity changes of SnSb4.5CuNi alloy microstructure at different temperatures. The nanoindentation was applied to measure the hardness and elastic modulus of the intermetallic compound (IMC). The tensile strength, shear strength and the low cycle fatigue properties of the welded joints were tested. The results show that under low temperature condition for 565 days the solder is mainly composed of SbSn and β-Sn, the morphology turns to dendritic structure with definite orientation. The density and conductivity of the solder alloy increases with the temperature decreasing. It shows that no tin pest occurs in SnSb4.5 CuNi solder after low temperature storage，but the SbSn phase precipitation increasing and the dendrite structure lead to decreasing of the tensile strength of the as cast alloys, and increasing of the rick of the alloy brittle fracture. With the decrease of temperature, hardness and elastic modulus of IMC layer at the interface increase and the tensile failure mode of fractures in SnSb4.5CuNi/Cu interface is moving from the solder to the IMC layer, the fracture tends to be more flat, the tensile strength, shear strength are reduced, and shows trend of low temperature brittle fracture.

lead-free solder;microstructure;low temperature brittleness;nanoindentation;low cycle fatigue

10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.010

TG425.2

A

1001-4381(2015)11-0057-08

廣東省中國科學院全面戰(zhàn)略合作專項資助項目(2013B91500033);廣東省科技計劃項目(2013B021100020);廣東外語外貿(mào)大學校級青年聯(lián)合基金項目(12s10)；廣東省公益研究與能力建設(shè)項目(2015A010105026)

2014-07-17；

2015-07-27

陳海燕(1974-)，女，副教授，博士，主要從事無鉛焊料研究，聯(lián)系地址：廣州大學城外環(huán)西100號廣東工業(yè)大學材料與能源學院(510006)，E-mail:gdutchy1@163.com