亚微米银焊膏的低温无压烧结性能研究

烧结银焊膏具备高导热、高导电、低弹性模量和高可靠性等优异性能,可以最大程度地发挥出SiC和GaN器件的潜能,因此具有广阔的应用前景.为了降低银焊膏的制备成本,同时改善银焊膏的烧结性能,使用球形和片状两种亚微米银颗粒制备了3种烧结银焊膏,通过分析银焊膏在200~250℃低温无压烧结后的电阻率、剪切强度和微观形貌,研究了不同形貌亚微米银颗粒及混合颗粒的低温无压烧结性能.研究表明:球形银颗粒制备的银焊膏在250℃烧结后,具有52.4 MPa的高剪切强度,同时其电阻率仅为6.28×10^(-8)Ω·m;银片制备的银焊膏烧结后的剪切强度始终较低且电阻率始终较大,在250℃烧结后,剪切强度为21.5 MPa,电阻率为15.54×10^(-8)Ω·m,这归因于银片的径向尺寸较大、振实密度较低和银片层层堆叠的烧结结构;混合颗粒的银焊膏展现出了在更低温度下烧结的潜力,在200℃烧结后,剪切强度为28.2 MPa,电阻率为7.77×10^(-8)Ω·m,这得益于银片可促进所选有机组分更早地去除和混合颗粒具有更高的初始堆积密度.本文研究成果有助于亚微米银颗粒焊膏的成熟稳定制备,也为低温无压烧结的高性能银焊膏的研发提供了新的思路.

SnAgCu/SnBi混装焊点的热循环可靠性研究

Sn-Bi和Sn-Ag-Cu混装焊点是利用低熔点的Sn-58Bi锡膏将高熔点的Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)的小球回流焊接在印制电路板(PCB)上,从而实现高温芯片的低温焊接工艺.文中研究了SnAgCu/SnBi混装焊点在热循环条件下的可靠性并通过有限元模拟揭示了混装焊点热循环可靠性的应变演变行为.热循环试验发现混装焊点的寿命要优于SAC305无铅焊点.有限元计算表明,结构混装焊点内SnBi钎料层的添加能够减小最大非弹性应变范围,从而提升混装焊点的热循环可靠性.

添加Sb对Sn-9Zn-3Bi/Cu钎料接头显微组织及力学性能的影响

采用钎料合金化研究添加Sb对Sn-9Zn-3Bi无铅焊点组织、熔点特性、润湿性、金属间化合物(IMC)厚度和剪切强度的影响。结果表明:钎料的熔点随Sb含量的增加而略微上升,钎料的铺展面积随Sb含量的增加从50.3 mm^(2)降低至36.6 mm^(2);添加Sb虽然没有改变焊点处钎料基体和界面IMC的显微组织类型,但细化了焊点显微组织,且焊点界面处的IMC厚度从18.6μm降低至16.8μm。随着钎料中Sb含量从0增加到1.5%(质量分数),Sn-9Zn-3Bi/Cu接头剪切强度从22.7 MPa增加到29.8 MPa,剪切强度的提高是显微组织细化、固溶强化及界面处IMC厚度降低共同作用的结果。

水轮发电机组钎焊焊接工艺研究及应用

定子线棒端部及汇流环焊接是发电机安装中的关键过程,质量好坏将影响机组的安全、稳定运行。随着电气焊接技术的不断发展、更新,在大型机组的线棒端部及汇流环焊接中,中频感应硬钎焊已成为最流行、便捷、质量也容易控制和保障的接头焊接方式,只要在焊接工艺上精益求精,同时注意焊接时间和温度的控制,就能使焊缝饱满,获得优良的质量保障。本文就钎焊原理、加热方法及机组安装时的焊接工艺等作了逐一介绍。

Sn基活性焊料低温钎焊5A06 Al合金接头的组织及力学性能研究

在电子装联过程中,铝合金基板较差的可焊性限制了其与电子器件间的直接低温钎焊连接。本研究分别采用Sn1Ti0.3Ga活性合金焊料和Ni-10wt%Cu合金骨架强化的Sn1Ti0.3Ga复合焊料在260℃对5A06铝合金进行了低温活性钎焊,研究了焊料成分及钎焊时间对接头显微结构和力学性能的影响。结果表明,合金焊料与复合焊料均能实现Al合金的无钎剂连接;当使用合金焊料时,焊缝中出现了因Al合金表面氧化膜剥离而形成的层状夹杂物,并且合金焊料在Al母材中发生了晶间扩散的现象;当使用复合焊料时,焊缝中形成了絮状的Al_(3)(Ni,Cu)_(2)弥散相,合金骨架表面则形成了(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)相,且随着钎焊时间的延长弥散相逐渐被(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)相替代。剪切测试结果表明,相较于合金焊料,使用复合焊料可获得更高的接头强度,钎焊30 min时接头强度最高,达到了31.42 MPa。

CuTi对Ti-6Al-4V钛合金表面金刚石/AlSi复合钎涂层组织与耐磨性能的影响

钎涂为提高部件表面耐磨性能提供新的技术方案。AlSi钎料可用于钛合金钎焊,但采用AlSi钎料在Ti-6Al-4V钛合金表面钎焊金刚石颗粒难以实现牢固连接,本工作通过在AlSi钎料中添加CuTi合金粉,制备了AlSi复合钎料,并通过感应钎焊在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了金刚石复合钎涂层。研究结果表明,溶解在AlSi合金中的CuTi颗粒增加了钎料,改变了金刚石颗粒在钎涂层中的分布。钎涂层合金基体主要由α-Al、共晶硅、CuAl 2和Ti(Al_(1-x)Si_(x))3组成;随着CuTi合金含量的增加,复合钎涂层中的Ti(Al_(1-x)Si_(x))_(3)形态由板条状向胞状转变。当CuTi含量为10%(质量分数)时,金刚石复合钎涂层的耐磨性能最佳,这是由于Ti含量的增加提升了钎料与金刚石颗粒的结合强度,同时,原位反应生成的CuAl_(2)、TiAl_(3)硬质颗粒均匀分布于钎涂层中,从而有效提高AlSi合金基体的显微硬度。

碳化硼陶瓷与高氮钢钎焊接头组织和性能

使用Ag-Cu-Ti钎料实现了碳化硼(B_(4)C)陶瓷与高氮钢之间的可靠钎焊连接,研究了Ti元素含量对Ag-Cu-Ti钎料润湿铺展性能的影响,分析了Ti元素影响钎焊接头界面组织的作用机制,并在室温条件下测试了钎焊接头的抗剪强度.结果表明,当钎料Ag-Cu-Ti钎料中的Ti元素含量为4.5%时,钎料在B_(4)C陶瓷与高氮钢上均表现出良好的润湿性能,铺展形貌良好,铺展面积更大,在钎焊温度910℃,保温时间25 min的焊接条件下,Ti元素含量为4.5%的钎料与B_(4)C陶瓷和高氮钢均实现了良好的冶金结合,显微组织分析结果表明,钎焊接头组织在陶瓷侧反应层存在TiB和TiC,而在高氮钢侧反应层中出现了TiFe_(2),TiN和CuTi_(2),B_(4)C陶瓷/高氮钢钎焊接头的最大抗剪强度为54 MPa.

熔炼气雾化制备钴基粉末钎料在GH4169合金钎焊中应用

采用真空感应熔炼结合气雾化的方法制备了钴基Co-Cr-Ni-Si-W合金粉末,该合金粉末球具有高形度高和良好的分散性,杂质元素含量低、熔化温度范围为1073℃~1113℃。将合金粉末与粘结剂混合制成CoCrNiSiW膏状钎料,并在GH4169高温合金上进行钎焊试验,研究了钎料在母材上的润湿性能,对比了不同粒度合金粉末的钎焊性能。结果表明,在钎焊温度1180℃、保温时间10 min条件下,CoCrNiSiW合金钎料可以在GH4169合金母材表面表现出良好的润温性。使用小于325目粉末钎焊的合金接头组织更均匀、气孔缺陷相对较少,因此接头强度更高,接头的抗剪强度为127 MPa,抗拉强度为369 MPa。

Y元素对Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石组织和性能的影响

钎焊金刚石工具因化学冶金结合方式而具备较高的结合强度,在陶瓷、半导体和玻璃等硬脆性材料的加工行业及轨道交通、航空航天等领域中拥有广泛的应用前景。虽然Ni基钎料钎焊金刚石工具在结合强度、耐磨性及服役环境方面具有一定的优势,但是较高的钎焊温度和化学侵蚀会对金刚石磨粒造成较为严重的热损伤,从而影响金刚石工具的工作效率和服役寿命。为了降低钎焊过程中金刚石的热损伤,采用掺杂Y元素的Ni-Cr非晶钎料钎焊金刚石,通过SEM研究了钎焊金刚石试样的界面微观形貌,使用拉曼光谱仪分析了钎焊金刚石试样的石墨化程度,同时还探究了钎焊金刚石试样的力学性能。结果表明,当Y元素的质量分数为0.8%时,钎焊试样的金刚石形貌最为完整,钎焊层硬度最高为533 HV_(0.1),金刚石出露度较高为76.2%且石墨化程度较低。另外,Y元素的添加细化了碳化物的尺寸,降低了碳化物微裂纹的产生。相较于未添加Y元素的钎焊试样,添加Y元素的金刚石钎焊试样的抗压强度提升了约50.4%,磨削性能提高了43.5%,金刚石的脱落数量最少。表明,用Y元素掺杂的Ni-Cr非晶钎料可成功制备出钎焊金刚石试样,同时还降低了钎料中的触媒元素对金刚石的侵蚀作用,改善了热损伤和磨削性能。本研究为非晶钎料在钎焊金刚石工具领域中的应用提供了可靠的理论支持,并为相关工业生产提供了新的技术路径,在降低生产成本和推动绿色生产方面具有一定的实际意义。

含Sr量对Al-Si-Zn钎料合金腐蚀性能的影响

【目的】旨在探究不同Sr含量Al-Si-Zn钎料的腐蚀性能及机理。【方法】通过理论与试验结合的方法,以第一性原理为基础,探究Sr对Al-Si-Zn合金溶解电势的影响,并利用电化学测试、扫描电镜和能谱分析等方法,对不同Sr含量的Al-SiZn合金在3.5%NaCl溶液中电化学腐蚀表面形貌的变化以及开路电位和动电位极化曲线进行了研究。【结果】结果表明,当Sr在Al-Zn(100)表面的覆盖度从0.25 ML增加到0.75 ML时,表面的化学势比不添加Sr时增加了0.13~0.93 eV,而表面Al-Zn原子的溶解电极电位也向负方向移动,表明含Sr的Al-Zn(100)变得更加容易腐蚀;表面Mülliken电荷布居数表明,表面层Al原子总负电荷数随着表面Sr覆盖度增加而增加,表明功函数减小使Al更活泼,故更容易产生电化学腐蚀反应。【结论】Al-SiZn-x Sr钎料合金在3.5%NaCl溶液中电解腐蚀,钎料的腐蚀性能较未添加Sr时有所降低,而当Sr含量为0.4%时,钎料的耐蚀性最好。

钎料合金蠕变行为及非耦合型本构理论研究进展

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需要准确把握封装结构材料蠕变行为与损伤机理,完善钎料合金本构理论并提升材料蠕变性能预测精度,发展封装结构精细化仿真分析方法。本文梳理了钎料合金蠕变性能及其影响因素,回顾了非耦合型本构理论的发展历程与研究热点,分析了相关模型的预测能力,为深入理解钎料合金蠕变行为与性能预测奠定基础。

Ni元素对Zn-22Al药芯钎料用于Cu/Al钎焊接头组织和力学性能的影响

目的:研究Ni元素对Zn-Al药芯焊丝熔化特性、铺展性能的影响。方法:在钎剂中添加一定比例的Ni粉,在钎焊过程中形成Cu/Al接头的Ni合金化,分析不同含量Ni元素添加对Zn-22Al钎料以及Cu/Al异种合金钎焊接头的性能及显微组织的影响。结果:Ni粉添加可使Zn-22Al钎料在Al板上的铺展性能得到提升,当添加量质量分数为5%时钎料铺展性能提升26.75%;当添加量质量分数为7%时,用于Cu/Al钎焊的接头抗拉强度相较于未添加Ni粉焊接接头强度提升61.79%。结论:Ni粉添加可有效改善Zn-22Al焊缝的显微组织,体现为主晶相的细化,富Zn边界相的减少,促进主晶团之间形成层片状共析组织,以及减小了Cu侧生成的铜铝金属间化合物脆性相的厚度。

Ag10CuZnSn-xIn-yCe低银钎料组织及性能

通过向Ag10CuZnSn低银钎料中添加微量的In元素和Ce元素,研究了In元素和Ce元素的复合添加对低银钎料的固相线温度液相线温度和铺展性能的影响,同时分析了两种合金元素对Ag10CuZnSn钎料的显微组织及钎焊接头力学性能的影响规律.结果表明,微量In元素和Ce元素的添加可以显著地降低Ag10CuZnSn低银钎料的固相线和液相线温度,同时可以提高Ag10CuZnSn钎料在T2紫铜和304不锈钢基板上的铺展面积,当In元素和Ce元素的质量分数分别为1.5%和0.15%时,钎料在T2紫铜和304不锈钢上的铺展面积分别提升了21.1%和35.7%. In元素和Ce元素可以改善低银钎料的显微组织,当In元素和Ce元素的质量分数分别为1.5%和0.15%时,Ag10CuZnSn低银钎料显微组织的细化作用最为明显,此时304不锈钢钎焊接头的抗剪强度也达到最大值,为375 MPa.然而,质量分数3%的In元素和质量分数0.5%的Ce元素会在Ag10CuZnSn钎料的显微组织中形成脆性的Ag-In-Sn金属间化合物相和Sn-Ce稀土相,钎焊接头的抗剪强度也有所降低.

温度梯度下Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点热迁移及界面反应行为

探究了焊点平均温度为110℃(时效)及180℃(回流)时,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在温度梯度作用下的原子热迁移行为及界面反应行为.结果表明,在时效过程中,因Bi相的网状结构,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点冷、热两端界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)呈现对称性生长.在温度梯度为1000℃/cm时,未发生明显的Bi原子迁移现象,但当温度梯度达到或超过1300℃/cm时,Bi原子会由热端向冷端界面迁移,并在冷端界面处偏聚.在回流过程中,温度梯度驱动Cu原子由微焊点热端向冷端界面迁移,导致两端界面IMC呈非对称性生长,而并未发现Bi原子的热迁移行为.因此,当Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中钎料呈液态时,温度梯度仅驱动了Cu原子的热迁移,并未致使Bi原子发生热迁移;当钎料呈固态时,在较低温度梯度下Cu和Bi原子均不发生明显的热迁移,但较高的温度梯度会引发Bi原子的热迁移.

PBGA焊点形态对疲劳寿命的影响

通过Surface Evolver软件预测了塑料球栅阵列(PBGA)焊点形态,将焊点形态结果导入Ansys软件中进行-55~125℃热循环仿真实验,通过Coffin-Masson模型预测焊点寿命。选取焊点钎料量、焊点高度、下焊盘直径作为影响焊点寿命的主要因素进行了3因素3水平正交实验,通过均值响应分析得到了影响凸点寿命的最敏感因素及最优形态尺寸组合。结果表明对焊点寿命影响最大的因素为下焊盘半径,其次是钎料量,最后是焊点高度,且上下等大的焊盘具有较好的可靠性。

高强Cu/Al接头用的Zn基钎料及Cu表面镀层研究

铜铝接头被广泛应用于电力电子等行业。在长期运行过程中,铜铝接头易出现脆性断裂问题,严重影响其安全服役。进行了锌基钎料的成分设计,分析了钎料的各项性能,得到优化的钎料成分。对铜板表面进行化学镀镍磷层改性,采用感应钎焊和优化的钎料进行了铜铝搭接钎焊试验。结果表明:在锌基钎料中提高Al含量,添加一定量Cu、Ag、稀土元素,可以提升钎料的润湿性能、强度和耐腐蚀性能。镍磷镀层显著提升了锌基钎料在铜板的润湿性能,改变了铜铝接头的界面反应,显著细化了焊缝晶粒。采用优化的锌基钎料和化学镀镍磷层工艺得到的铜铝接头的力学性能得到显著提升,剪切强度达37 MPa,疲劳寿命达85000次。

Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料金属间化合物形貌和厚度的影响

选用氧化还原法制备Ag_(3)Sn纳米颗粒,以不同质量比(0、0.1%、0.15%、0.2%)添加到SAC305焊料中来探讨Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料显微组织、润湿性和可靠性的影响。采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备的Ag_(3)Sn纳米颗粒进行物相分析和形貌观察,采用金相显微镜观察焊点的显微组织。将焊点在150℃高温时效不同时间后(0、50、100、150、200 h),采用金相显微镜对焊点界面进行观察,并采用Image J软件计算界面金属间化合物(IMC)层的厚度,得到生长系数。结果表明,向SAC305焊料中添加适量的Ag_(3)Sn纳米颗粒可以提高焊料的润湿性;Ag_(3)Sn纳米颗粒可以有效细化SAC305焊料的微观组织并抑制IMC层生长;随着时效时间的延长,Cu6Sn5金属间化合物层由扇贝状向平面状转变,同时出现Cu3Sn金属间化合物层。向SAC305焊料中添加0.15 wt.%的Ag_(3)Sn纳米颗粒可获得最佳综合性能,润湿性最好(铺展面积为167.447 mm2),生长系数最小(0.04),组织细化也较为明显。

石墨对TC4表面金刚石复合涂层组织与耐磨性能影响

为改善钛合金材料的表面耐磨性能,选用TC4(Ti-6Al-4V)为基体材料,在Ti ZrCuNi钎料中加入一定比例的金刚石与石墨颗粒制成复合涂层材料,通过氩气保护感应钎焊的方法实现了TC4表面金刚石复合耐磨钎涂层的制备。研究了石墨的添加对复合涂层微观组织与耐磨性能的影响,揭示了活性元素Ti与金刚石和石墨的相互作用机制。研究结果表明加入石墨后,复合涂层主要由金刚石、TiC、Ti_(2)Cu、ZrC、Zr_(2)Cu和NiZr_(2)与残余的石墨组成,由于石墨中存在着大量的螺旋位错,为TiC提供了形核质点,使其沿位错生长,从而使TiC的生长方式演变为包抄生长并最终形成六边形形状。石墨的添加一定程度上弱化了复合涂层的耐磨性能,但可提高金刚石颗粒的出刃率,从而提升磨削效率。

高功率半导体用纳米银焊膏的研究现状

第3代半导体作为核心部件,使得更紧凑、高频率、高功率的电子器件在射频和微波电子、能源转换与储存、雷达和通信等领域展现出广泛的应用潜力。然而,高性能电子器件对其封装材料的导电性、导热性以及连接处的机械性能提出了更为严格的要求。纳米银焊膏因其卓越的低温烧结性能和在高温环境下的出色表现引起了广泛关注。然而,国内银粉和银焊膏产品的质量相对较低,且研发过程缺乏理论指导,必须依赖进口材料。基于高功率半导体用纳米银焊膏,综述了通过液相化学还原法合成纳米银粉的研究进展,以及纳米银焊膏的烧结机理、影响其性能的因素和控制方法,有望为国内纳米银焊膏的研发和生产提供有益的指导和支持。

电子封装高温焊料研究新进展

随着先进封装和第三代半导体的快速发展,具有高熔化温度、耐持久温度考验的高温焊料逐渐成为学界追逐的热点,也成为推动电子产业无铅化和升级换代等“卡脖子”问题的瓶颈。本文综述了传统高温Sn-80Au和Pb-Sn焊料、IMC焊料、纳米及纳米-微米混合焊料,提出未来高温焊料在成分上必将以金、银、铜、铝等金属或石墨烯、碳纳米管等轻质、高导热、高熔化温度的碳基材料及其复合材料为主流;在微观尺度上,纳-微米混合焊料既具有纳米焊料的温度效应,又具有颗粒选择的灵活性,能在一定程度上解决纳米焊料的氧化、团聚及烧结时的相转变等问题;基于颗粒焊料的多尺度、颗粒种类选择的多维度,具有低温快速制备、高温长期服役的IMC高温焊料也具有极大的前途。加速高温焊料研发,突破低温封装、高温服役的技术瓶颈,必将极大推动先进封装和功率封装的快速发展。