Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区微观组织与Cu_6Sn_5的生长动力学

利用X射线衍射分析仪、JSM-5610LV扫描电镜及能谱分析研究钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明:钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随着时效时间的延长,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%稀土元素能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,可改变焊点裂纹的起源位置,提高其可靠性。

P对Sn-Cu无铅钎料性能的影响

添加了P到Sn-Cu系无铅钎料中,测定了钎料的熔化温度、抗氧化性能和接头蠕变疲劳寿命。结果表明:在Sn0.7Cu中添加微量的P,提高了无铅钎料的抗氧化性能,对熔化温度基本无影响。Sn0.7Cu0.005P无铅钎料合金熔化温度的峰值为226.7℃,在恒定应力为2MPa的蠕变疲劳试验中,钎料接头蠕变疲劳寿命为337.357min。

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。

Ni对SnAgCuRE钎料及其钎焊接头性能的影响

以商用Sn3.8Ag0.7Cu为参照系,研究了Ni对Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RE钎料合金及其钎焊接头性能的影响。研究结果表明,添加0.05%(质量分数)Ni能在不降低Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度的同时显著提高其伸长率,是商用Sn3.8Ag0.7Cu的1.4倍;相应地钎焊接头的蠕变断裂寿命最长,为未添加Ni时的13.3倍,远高于现行商用Sn3.8Ag0.7Cu的,满足微电子连接高强韧高可靠性无铅钎料合金系的需求。

金属间化合物Ag_3Sn对Sn3.8Ag0.7Cu焊料合金拉伸性能的影响

利用不同凝固速率和等通道挤压法制备不同组织结构的Sn3．8Ag0．7Cu合金,使其包含不同形貌、大小及分布的Ag3Sn金属间化合物;拉伸曲线的比较分析和变形后组织的电镜观察表明,大的针状化合物对合金起着纤维增强的作用,但自身脆性断裂造成空洞,降低了材料的塑性;微细颗粒状化合物起着弥散强化作用,分布在小的等轴晶粒晶界上的化合物颗粒能够阻碍晶界的滑动,起到增强的作用．

微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu_6Sn_5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明,钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随时效时间的增加,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%(质量分数,下同)的RE能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。

松香及改性松香对Sn0.7Cu钎料的助焊性能研究

分别以松香、氢化松香、歧化松香和聚合松香为主要活性成分配制不同的液体助焊剂,采用扩展率试验法研究各助焊剂对Sn0.7Cu无铅钎料在铜基板上润湿性能的影响,测试了助焊剂的物理性能,分析了扩展率≥75%时的焊点形貌,并与市售无铅焊接用非松香基助焊剂进行对比。结果表明:松香及改性松香含量的增加能提高助焊剂对Sn0.7Cu钎料在铜基板上的扩展率,而酸值对于松香及改性松香的助焊性能影响很大,酸值较高的松香产品具有较好的助焊性能。在相同含量时松香对Sn0.7Cu钎料的助焊效果最好,其后依次为氢化松香、歧化松香和聚合松香;随着质量分数的提高,松香和改性松香扩展率均可提高至70%以上,达到SJ/T 11389—2009中L级无卤素松香基助焊剂要求。除聚合松香外,其余的扩展率可高于75%,达到SJ/T 11389—2009中M级无卤素松香基助焊剂要求,并且各质量分数条件下助焊剂物理稳定性及干燥度均合格,铜板腐蚀性较低,焊后表面绝缘电阻均≥1.0×108Ω;市售810A型无铅非松香基助焊剂的扩展率与松香质量分数40%时的助焊剂具有相似的扩展率,但松香助焊剂所形成的焊点饱满,表面光亮,且成形性更优。

雾化气体压力对Sn_(0.3)Ag_(0.7)Cu焊锡粉末特性的影响

利用超音速气雾化装置制备了Sn0.3Ag0.7Cu无铅焊锡粉末,用扫描电子显微镜和激光粒度分析仪对粉末的微观形貌和粒度分布进行表征,并提出一种反应质量差法计算粉末的氧含量,分析了雾化气体压力对粉末有效雾化率、微观形貌、粒度分布以及氧化程度的影响。结果表明:雾化气体压力对粉末的有效雾化率、微观形貌、粒度分布影响较大。粉末的有效雾化率随雾化气体压力的增加而不断提高;相对高的气压下粉末球形度好,0.6 MPa压力下雾化粉末的球形度好且无团聚;随着雾化气体压力的增大,粉末不断细化,且随着雾化压力的提高,粉末粒度减小幅度逐渐变缓;粉末中的氧含量随雾化气体压力的增大略有增加,高的氧含量使粉末表面粗糙度增大。

Ti对Sn0.7Cu无铅钎料润湿性和界面的影响

研究了Ti的加入对Sn0.7Cu无铅钎料润湿性能以及钎料/Cu界面微观组织的影响。结果表明：在Sn0.7Cu中添加微量Ti,提高了钎料的润湿性能,可使铺展面积提高5%左右,当钎焊时间为3 s时,界面金属间化合物（IMC）形貌由原来的扇贝状变为锯齿状;随着钎焊时间延长,Sn0.7Cu/Cu和Sn0.7Cu0.008Ti/Cu界面IMC层厚度不断增加,其形状逐渐变为板条状,并可观察到IMC在钎料中的溶解、断裂。同等条件下,Ti的加入使界面IMC层的平均厚度减少约10%~25%;晶粒平均尺寸增加20%~75%,且钎焊时间越长,平均尺寸增加越少。

不同脂松香对Sn0.7Cu无铅焊料的助焊性能研究

分别以马尾松松香、湿地松松香和思茅松松香为主要活性成分配制液体助焊剂,采用扩展率试验法研究3种脂松香对Sn0.7Cu焊料在铜基板上润湿性能的影响,测试了助焊剂的物理性能,并分析了扩展率≥75%时的焊点形貌。结果表明：在含量为5%~55%时,随着含量的递增,马尾松松香、湿地松松香及思茅松松香对Sn0.7Cu焊料的扩展率均呈逐渐递增的趋势,并且在相同含量条件下,马尾松松香和思茅松松香的扩展率高于湿地松松香;当含量≥25%时3种松香的扩展率均高于70%,达到SJ/T 11389—2009中L级无卤素松香基助焊剂要求,并且各松香助焊剂物理稳定性和干燥度合格,铜板腐蚀性较低,焊后表面绝缘电阻不低于1.0×108Ω;当马尾松松香和思茅松松香在含量为45%~55%、湿地松松香在含量为55%时扩展率≥75%,达到SJ/T11389—2009中M级无卤素松香基助焊剂要求,其中马尾松松香扩展率高于湿地松松香,并且焊点饱满,表面光亮,成形性优于思茅松松香,因此更适合用作Sn0.7Cu焊料用中等活性助焊剂。

回流次数对Sn3.8Ag0.7Cu-xNi/Ni焊点的影响

研究了复合无铅焊料Sn3.8Ag0.7Cu-xNi(x=0.5,1.0,2.0)与Au/Ni/Cu焊盘在不同回流次数下形成的焊点的性能。结果表明,Ni颗粒增强的复合焊料具有良好的润湿性能,熔点小于222℃;x为0.5的焊料界面IMC由针状(CuNi)6Sn5演化为双层IMC,即多面体状化合物(CuNi)6Sn5和回飞棒状(NiCu)3Sn4。当x超过1时,焊点界面只有单层回飞棒状(NiCu)3Sn4生成。并且,复合焊料焊点的剪切强度高于非复合焊料。

超声波振动对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿性的影响

研究超声波功率、作用时间对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料在Cu板上的润湿过程。结果表明,超声波振动能够提高钎料合金的润湿性能。与不加超声波振动相比,在钎焊温度270℃,超声波振动功率88W、作用时间45 s的条件下,铺展面积提高了72.7%,润湿角降低了35.5%。同时,超声波振动促进了润湿过程Cu原子的扩散。

工艺因素对气雾化法制备焊锡粉末微观形貌的影响

采用超音速紧耦合气雾化法制备Sn0.3Ag0.7Cu无铅焊锡粉末,利用扫描电子显微镜和激光粒度分析仪分别对雾化粉末的微观形貌和粒度分布进行表征,分析了雾化过程及工艺条件(熔体过热度、雾化气体压力、雾化室氧含量)对粉末微观形貌的影响。结果表明:高的熔体过热度和大的雾化气体压力均有利于高球形度粉末的形成,但熔体过热度的增大使卫星球数量增加,雾化气体压力的增大使超细粉末、镶嵌粉末增多;雾化室内部氧含量的降低能提高粉末的球形度及表面光洁度。雾化过程中雾化室内部气流的紊乱对卫星球等粉末缺陷有重要影响。

Sn-0.7Cu无铅钎料的压入蠕变行为研究

采用自制的蠕变装置研究Sn-0.7Cu合金钎料在温度为60～120℃,压力为30～50MPa下的压入蠕变性能,并利用SEM和XRD对合金蠕变前后组织的变化进行分析。结果表明,随温度和应力的增加,合金的蠕变速率增大,稳态蠕变速率符合半经验公式,并得出了该合金的本构方程。通过对其蠕变后应力指数、蠕变激活能及显微组织变化的分析,压入蠕变变形机制主要由位错攀移引起。

钎焊温度与时间对急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金钎焊接头性能及界面IMC生长行为的影响

对所制备的急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金进行了钎焊工艺试验,然后对钎焊接头进行了抗剪强度测试、断口形貌和显微组织分析,研究了钎焊温度与时间对接头性能以及界面金属间化合物生长行为的影响,结果表明:钎焊温度和钎焊时间不同,接头界面处金属间化合物的形成及生长情况也存在差异,并因此影响了接头的强度。

电场对超声振动辅助Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿适配性的影响

研究了电场对超声振动辅助的Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿适配性的影响。结果表明,电场能够提高超声振动辅助的Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金在铜板上的润湿性;与不加电场相比,在温度270℃,电场强度1.5 kV/cm,电场作用时间60 s条件下,电场促进了超声振动辅助钎料润湿过程Cu原子的扩散,使钎料铺展面积提高20%,润湿角减小20.4%。

Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Sn3.8Ag0.7Cu(Sn37Pb)/Cu焊点在时效过程中的界面金属间化合物(IMC)形貌和成份。结果表明:150℃高温时效50、100、200、500h后,Sn3.8Ag0.7Cu(Sn37Pb)/Cu焊点界面IMC尺寸和厚度增加明显,IMC颗粒间的沟槽越来越小。50h时效后界面出现双层IMC结构,靠近焊料的上层为Cu6Sn5,邻近基板的下层为Cu3Sn。之后利用透射电镜观察了Sn37Pb/Ni和Sn3.8Ag0.7Cu/Ni样品焊点界面,结果显示,焊点界面清晰,IMC晶粒明显。

超声波和电场共同作用下SnAgCuRE/Cu钎焊接头的时效特性

研究了时效对电场和超声振动共同作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面生成的IMC主要由靠近钎料合金一侧的Cu6Sn5相,而时效后界面靠近Cu一侧出现Cu3Sn。时效过程中,随着时效时间和时效温度的增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu界面区生长受扩散机制控制,IMC总厚度增加,力学性能下降。