Influence of electroless Sn/Bi on Sn/Pb soldered joint strength

The solder joint strength of Pb/Sn soldering aluminum with electroless layer Sn/Bi and Cu was studied. The results show that the joint shear strength of electroless Sn/Bi on aluminum surface is lower than that of Cu. A Pb-riched region with porosity is formed in region of soldering fillet with electroless Sn/Bi. Both the electroless Sn/Bi layer and Pb-riched layer become thicker, which are the reasons why the shear strength of the solder joint with electroless Sn/Bi on aluminum surface is lower than that of electroless Cu, and the higher the thickness of the electroless Sn/Bi layer is, the lower the shear strength of solder joint is.

铸态下Sn-Bi二元共晶焊料合金的组织特征及其力学性能

研究了四种不同Bi含量(45%、50%、55%、60%)的Sn-Bi二元共晶合金自由凝固下的组织特征和力学性能,探讨了Sn-Bi二元共晶合金的晶体生长机制以及Bi元素含量对合金显微组织的影响。结果表明:Sn-Bi二元亚共晶合金铸态下的金相组织为初生Sn固溶体相和Sn/Bi共晶层片集群构成,随着Bi含量的增加,呈树枝晶形态生长的初生Sn相数量减少,形态长大。初生Sn固溶体相内部脱溶析出大量的杆状或点状Bi相,形成杆状共晶结构;Sn-Bi二元过共晶合金铸态下的金相组织为初生Bi相和Sn/Bi共晶层片集群构成,初生Bi相中基本不固溶Sn元素,呈小平面方式生长,并在在初生Bi相周围包裹生长一层Sn晕圈相。在室温下,Sn-Bi二元共晶合金的硬度和强度随着Bi含量的增加而上升,延伸率随着Bi含量的增加先上升后下降。

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.

Sn-8.8Zn-x Bi合金在烧结NdFeB上的润湿过程及界面反应行为

采用座滴法研究了在Ar-5%H_(2)气氛中Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基体上的润湿性和润湿界面形貌。结果表明,Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基板上润湿过程分为两个阶段:以范德华力和扩散力为驱动力的非反应性润湿阶段及由界面反应产物和反应产物的吸附作用影响的反应性润湿阶段。Sn-8.8Zn-x Bi合金中随着Bi含量提高,合金的润湿性得到改善,相同加热条件下润湿时间缩短,其中Sn-8.8Zn-7Bi在NdFeB基板表面接触角为120.11°。Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB基板上的润湿类型为反应性润湿,反应产物为ζ-FeZn_(13)相。ζ-FeZn_(13)相提高了Sn-8.8Zn-x Bi合金在NdFeB表面的黏结强度,证明Sn-8.8Zn-x Bi合金可作为NdFeB表面焊料。

铟含量对Sn-Bi-In钎料性能及钎焊界面组织的影响

制备了Sn-(20-x)Bi-xIn(x=0,1,2,3,4,5,质量分数/%)钎料,分析了其熔化性能和润湿性能,并在铜基体上进行了钎焊试验,研究了铟含量对钎焊界面显微组织的影响。结果表明:随着铟含量的增加,钎料的熔点降低,当铟质量分数为5%时钎料中几乎不形成共晶组织;钎料的润湿角随铟含量增加先减小后增大,润湿面积先增大后减小,当铟质量分数为4%时钎料的润湿性最好;随着铟含量增加,钎焊界面金属间化合物层的厚度增大,金属间化合物由Cu_(6)Sn_(5)转变为Cu_(6)Sn_(5)和Cu_(6)(InSn)_(5)。

挤压态Mg-2Sn-2Bi-0.5Ca-0.2Mn合金的显微组织和力学性能

低合金化的Mg-Sn-Bi基合金具有较高的拉伸延展性和挤压成形性,是开发高强韧镁合金的理想材料。为了弥补其强度不足的缺点,本文通过微合金化设计了一种新型的低合金化Mg-2Sn-2Bi-0.5Ca-0.2Mn镁合金,该合金在挤压温度为523 K、挤压比为25∶1的条件下被成功挤压成形。采用电子背散射衍射仪(EBSD)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术表征挤压态合金的组织特征和相组成,并利用拉伸试验机测试了挤压态合金的室温拉伸性能,此外,还对合金的强韧化机制和加工硬化行为进行了详细的讨论。结果表明:挤压态合金主要由α-Mg、Mg3Bi2以及Mg2Bi2Ca相组成,且表现出几乎完全的动态再结晶组织和典型的挤压镁合金织构;合金的拉伸屈服强度为287.2 MPa,抗拉强度为353.0 MPa,伸长率为20.0%,具有良好的强韧性匹配度。合金展现出的高屈服强度是晶界强化、第二相强化和织构强化共同作用的结果;合金的断口形貌表现出典型的韧性断裂特征,然而粗大Mg2Bi2Ca相的存在会对塑性产生不利影响;合金的加工硬化行为可分为第Ⅰ阶段和第Ⅲ阶段,第Ⅱ阶段受到抑制。

Sn-Bi基低温无铅焊料的研究进展

作为一种新型低温无铅焊料,Sn-Bi基低温无铅焊料具有较低的熔化温度以及优良的焊接性能,在电子封装领域有着广泛的应用。随着电子元器件向微型化方向的发展,对低温无铅焊料的性能提出了更高的要求。添加微量的合金元素及纳米颗粒可以改善焊料的组织性能,满足电子元器件发展的需求。系统介绍了Sn-Bi基低温无铅焊料的组成、结构以及焊接性能,综述了合金元素和纳米颗粒对Sn-Bi基低温无铅焊料组织性能的影响及作用机理,分析了在研制Sn-Bi基低温无铅焊料过程中存在的不足之处,并提出了相应的改进方法。最后对Sn-Bi基低温无铅焊料在发展中需要关注的问题进行了总结与展望。

Sn-Bi合金介质压力成形下轻质铝板的成形性

提出了Sn-Bi合金介质压力成形方法,利用Sn-Bi合金介质的热敏感特性,通过温度控制其流变行为,可以改变板材压边区的流动状态,同时可实现板材的无压边成形。采用欧拉-拉格朗日自适应网格建立了有限元模型,分析了Sn-Bi合金介质的厚度对成形板材在成形过程的应力、应变和板材厚度分布的影响。揭示了Sn-Bi合金介质压力成形下抑制起皱、破裂的机理。数值模拟结果与试验结果一致,Sn-Bi合金介质压力成形可改善板材成形应力分布,提升板材成形材料流动均匀性,抑制板材失效,为板材的无余量防皱成形方法提供了理论依据。

Sn-Bi合金系低温无铅焊料的研究进展

综述了Sn-Bi合金系的微观结构、润湿特性、物理及机械性能的研究进展,指出了此合金系作为软钎焊材料尚待改善的性能,采用合金化等手段可使此合金系发展为理想的低温钎焊用无铅焊料。

Sn-6Bi-2Ag(Cu,Sb)无铅钎料合金微观组织分析

利用差示扫描量热计 (DSC)测定了Sn 6Bi 2Ag ,Sn 6Bi 2Ag 0 .5Cu ,Sn 6Bi 2Ag 2 .5Sb三种新无铅钎料合金的熔化温度。结果表明 ,少量Cu的加入能降低Sn Bi Ag系无铅钎料合金的熔化温度 ,而Sb的加入使合金的熔化温度升高。利用光学显微镜 (OM )、扫描电子显微镜 (SEM )、能谱分析 (EDX)对合金的微观组织进行了分析与比较 ,钎料合金的微观组织与冷却条件和合金元素的含量有关 ,Sb的加入使析出相的尺寸细化。硬度测定表明Sn Bi Ag(Cu ,Sb)无铅钎料合金的硬度远大于纯Sn的硬度 ,加入少量的Cu(0 .5 % ) ,Sb(2 .5 % )对Sn Bi

Sb含量对Sn-Bi系焊料性能的影响(英文)

研究Sb元素含量对Sn-Bi系焊料性能的影响。通过差示扫描量热法研究Sn-Bi-Sb焊料的熔化行为。采用铺展实验研究焊料在Cu基板上的润湿性。测试Sn-Bi-Sb/Cu结合界面的力学性能。结果表明:三元合金中含有包共晶反应形成的共晶组织,随着Sb含量的增加,共晶组织增多;在加热速率为5°C/min的条件下,三元合金显示出更高的熔点和更宽的熔程;添加少量Sb对Sb-Bi系焊料的铺展率有影响;在焊料铺展过程中形成反应过渡层,反应过渡层中存在Sb元素而无Bi元素,过渡层厚度随着Sb元素含量的增加而增大。Sn-Bi-Sb焊料的剪切强度随着Sb元素含量的增加而升高。

P对Sn-Bi合金组织与性能的影响

通过考察P在纯锡中的作用,探讨微量P,P/Cu/Zn对Sn-Bi基合金焊料组织、拉伸性能、形变断裂的影响。结果显示在纯锡中添加1%(质量分数,下同)P,能够提高强度、刚度,降低塑性;但仅0.1%的P会恶化Sn-Bi合金的力学性能,这和P元素在金属基体内的存在形式以及基体组织有关。在锡基合金中,P以Sn-P合金的形式分布在相界或晶界上,限制载荷作用下金属的形变扩散与转移。因此在Sn-1P合金中,分布在β-Sn基体上的化合物,起强化作用;在Sn-Bi合金中,Sn-P化合物则加剧加载过程中的形变不匹配,成为裂纹萌生与扩展的薄弱环节,导致合金倾向于脆性断裂;最后,在加入微量P元素的基础上再进行Zn/Cu的合金化,可以改善Sn-Bi合金系列的微观组织,提高强度,增加合金最大流变应力。

Sn-30Bi-0.5Cu低温无铅钎料的微观组织及其力学性能

通过在Sn-Bi钎料中添加Cu元素制备新型Sn-30Bi-0.5Cu低温无铅钎料,对无铅钎料的力学性能及微观组织进行分析。结果表明:Cu元素的加入抑制Bi元素在钎料/铜界面处的偏析,避免形成粗大的富Bi带,并能够在钎料基体中原位生成Cu-Sn金属间化合物(Intermetallic compounds,IMC);当Cu含量约为0.5%(质量分数)时,钎料的抗拉强度和伸长率等力学性能指标最佳,并能够提高其抗振动可靠性。这主要是由于在钎料基体中原位形成的棒状或杆状IMC能有效地将脆性薄弱面钉扎和在β-Sn软相基体中形成钉轧强化,改善钎料的微观组织形态,从而提高钎焊强度和焊点的抗振动冲击可靠性,使其性能强于Sn-Bi共晶的性能而接近于Sn-Bi-Ag钎料的,Sn-30Bi-0.5Cu钎料在拉伸过程中断口存在韧性和脆性两种混合型断口。

凝固方式对Sn-Bi钎料组织和性能的影响

采用炉冷、空冷、水冷和液氮冷却方式以及外加磁场的方法研究不同的凝固方式对Sn-Bi钎料的冲击韧性和显微组织的影响。研究结果表明,快速冷却与旋转磁场均能细化钎料合金的微观组织,抑制粗大树枝晶的生长,但快速冷却会造成Bi的偏析,旋转磁场会造成组织不均。同时快速冷却与旋转磁场都会破坏含Ge合金的塑性改善机制,造成含Ag合金中Ag3Sn相粗大,而旋转磁场的离心力作用还会造成Ag3Sn相和Bi相的宏观偏析。在组织细化以及成分偏析的共同作用下,Sn-57Bi共晶钎料的冲击韧性随冷却速率的增大呈现先增加后减少的趋势。

旋转磁场驱使强迫流对Sn-Bi合金微观结构的影响

以Sn-Bi合金为研究对象,分析了旋转磁场对凝固组织的影响.发现旋转磁场能够消除宏观偏析、碎断枝晶和细化凝固组织,加快了熔体流动和固-液界面溶质的扩散速度,使共晶组织的层片间距变小及形成区域差别.同时,随着磁场旋转频率的增大,合金的生长形态经历了从枝晶→等轴晶→球状晶→枝晶的转变.枝晶碎断、生长形态的改变以及共晶组织层片间距变化的主要原因在于,旋转磁场加快了熔体流动,造成熔体中溶质场和温度场在分布上趋于均匀化.同时,电导率的不同造成了初生相与液体的相对运动.宏观偏析的消除是由于初生相同时受到重力、浮力和Lorentz力的合力作用的结果.分析了旋转磁场对凝固组织改变的物理机制.

Sn-Bi系电子互连材料研究进展

简述了近十年来国内外对Sn-Bi系无铅钎料的研究,着重研究Cu、Zn、Al、Ag、Ga、In、Sb、稀土等元素对Sn-Bi系低温无铅钎料的熔化特性、润湿性能、显微组织、力学性能和界面组织的影响,同时对Sn-Bi系无铅钎料研究过程中存在的问题进行了探讨并提出相应的解决方法。

含稀土Sn-Zn-Bi系无铅钎料润湿性能的研究

通过向Sn-Zn-Bi系钎料合金中添加适量合金元素Ga,Cu和La,制备了对Cu母材具有较好润湿性能的Sn-8.9Zn-2.7Bi-1.0Ga-0.5Cu-0.2La无铅钎料,其润湿角为25.1°。同时,还研究了无铅钎料中稀土元素La以及合金元素Ga的微量变化对钎料的润湿性及与母材金属结合界面组织结构的影响。研究发现,La和合金元素Ga的含量对Sn-Zn-Bi系无铅钎料润湿性能有较大影响,适量添加无论是在空气中还是在氮气保护下,均可以改善钎料的润湿性。

Cu对Sn-Bi焊料压入蠕变性能及显微组织的影响

以纯Sn、纯Bi、纯Cu制得Sn-Bi和Sn-Bi-Cu合金。通过压入蠕变试验得到两种合金的蠕变曲线,总结了压入蠕变随着载荷和温度的变化规律。利用X射线衍射和扫描电镜对合金的物相组成和蠕变前后的显微组织进行分析,研究了Cu元素对Sn-Bi合金压入蠕变性能及显微组织的影响。结果表明,添加Cu元素可提高Sn-Bi合金焊料的抗蠕变性能。蠕变前,Sn-Bi合金中析出相为独立存在的颗粒状Bi,加入Cu后有块状的Cu6Sn5和发亮的少量颗粒状Bi析出;蠕变后,Sn-Bi合金中析出的Bi相变得细小并弥散分布于基体中,添加Cu后的合金中由于发生再结晶,块状析出相边缘变得光滑且有小块状Cu6Sn5,但含Bi的析出相几乎没有了。

快速冷却和扩散退火对Sn-Bi-X焊料的影响

通过对自行研制的Sn-Bi-X(X=Ag,Cu,Ge,Ce,Sb)无铅焊料进行快速冷却及扩散退火处理,研究其显微观组织和性能的变化。结果表明,冷却速度越大,熔点越低,共晶比例越小。当甩带速度为1 000 r/min时,熔点由190.5℃降低至186.2℃,且Sn-58Bi共晶相完全消失。扩散退火能消除Bi的粗化晶体,使组织均匀,增强焊料的力学性能,并且退火后组织稳定。扩散退火可以作为表面贴装生产工艺流程的一个工序,退火工艺以125℃保温16 h为宜。

低熔点Sn-Zn-Bi无铅钎料的组织和性能

研究了Sn-Zn-Bi钎料的组织、相变及润湿性.在Sn-9Zn二元共晶的基础上加入质量分数为(2-10)%的Bi,合金结晶过程中形成富Zn的初生相这导致合金的结晶温度降低,也标志着熔点的降低,但熔程扩大.在加Bi基础上,适当降低Zn的含量则可以缩小熔程,且熔点无明显变化. Bi的加入明显改善了Si-Zn系钎料的润湿性,提高了钎料在Cu基底上的铺展面积,缩短了润湿时间.钎料中Zn原子向Cu基底的扩散而形成扩散反应层,导致钎料熔体/Cu界面能的下降.因此,钎料中Zn含量提高,其在Cu基底上的铺展面积增大,润湿力提高.而由于扩散过程需要一定时间,导致润湿时间延长.因此,必须合理控制Zn的含量以获得铺展性与润湿时间的良好匹配.