焊接时间及焊接温度对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头性能的影响

分别在不同焊接时间和不同焊接温度下制备了Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头,采用扫描电子显微镜(SEM)、万能拉伸试验机、超声波成像无损探伤检测仪等测试手段,研究了焊接时间(1~9 min)和焊接温度(210~290℃)对Sn35Bi0.3Ag/Cu焊接接头微观结构和力学性能的影响.结果表明,在焊接过程中,Cu元素扩散到焊接界面处,形成了(Cu_(6)Sn_(5),Cu_(3)Sn)界面层,同时发现生成的Ag_(3)Sn相能够抑制界面层的生长.随着焊接时间的延长或焊接温度的升高,反应层变厚,抗剪强度先增大后减小.对焊接接头断口形貌分析发现,焊接接头的断裂由Bi相颗粒及Cu_(6)Sn_(5)颗粒共同作用.焊接接头的断裂发生在IMC/焊料一侧,Bi相颗粒及Cu_(6)Sn_(5)颗粒共同影响着接头的抗剪强度.此外,当焊接时间为3 min、焊接温度为230℃时,接头的钎着率最大,为99.14%,抗剪强度达到最大值,为51.8 MPa.

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。

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。

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．

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。

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。

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.

La对SnAgCu/Cu及Ni界面金属间化合物的影响

利用扫描电镜、能谱分析仪对Sn0.3Ag0.7Cu-xLa/Cu(x=0～0.25)和Ni界面金属间化合物(IMC)形成及长大规律进行了研究。结果表明:微量La的添加使钎焊与时效后焊点/Cu界面生成的Cu6Sn5晶粒明显细化,当x超过0.10时,Cu6Sn5晶粒的上方出现大量的粒状Ag3Sn,晶粒表面粗化并出现孔洞。x为0.07的焊点/Ni的IMC厚度变化在时效过程中比较稳定,且超过300 h时效后,其IMC厚度最小,因此,La的最佳质量分数应为0.07%。

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。

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。

粉末冶金工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料组织性能的影响

在低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金制备工艺设计基础上,研究了预压和烧结对钎料合金组织与力学性能的影响。研究结果表明:低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金工艺预压应力和烧结温度分别为160 MPa和210℃,均高于高熔点铜、铝合金的预压应力和烧结温度。与熔炼法相比,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度提高了15.5%。烧结会影响Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织形态,随烧结温度升高,初生β-Sn相组织比例升高。

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%。

表面组装用Sn-Ag-Cu无铅焊锡粉末的制备

利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究了导液管突出高度对Sn3Ag2.8Cu无铅焊锡粉末有效雾化率和粒度分布的影响,并在此基础上研究了合金过热度对其有效雾化率及粉末特性的影响。结果表明:随着导液管突出高度的减小,有效雾化率并不是呈单调变化趋势,而是在突出高度1mm和5mm处分别出现峰值,导液管突出高度为4mm,雾化粉末具有较高的有效雾化率和最佳的粒度分布,而且导液管的突出高度决定着雾化过程是否能够顺利进行;当导液管突出高度为4mm时,随着合金过热度的升高,粉末粒度分布明显改善,但氧含量升高,当过热度为150℃时,Sn3Ag2.8Cu雾化粉末具有最佳的综合性能。

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。

雾化介质对无铅焊锡粉末形貌及粒度分布的影响

利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究不同雾化介质对SnAgCu系无铅焊锡粉末有效雾化率、粒度分布及球形度的影响。结果表明:在一定雾化条件下,氦气雾化粉末具有最高的有效雾化率,最佳的球形度、表面光滑度及粒度分布;氮气雾化的粉末具有较好的综合性能;与氦气、氮气相比,氩气雾化粉末综合性能较差;空气雾化粉末雾化率较高,但粉末较粗、表面粗糙。

Sn-Ag-Cu无铅钎料粉末与合金的组织及钎焊性能对比

利用自行设计的超音速雾化制粉装置制备了Sn-3Ag-2.8Cu无铅焊锡粉末,并将不同介质雾化的粉末组织和普通合金组织进行对比,同时选择一种综合性能良好的粉末,将其钎焊性能和普通合金进行对比。结果表明,氮气雾化粉末比空气雾化粉末具有更高的凝固速度;雾化粉末组织更细小,主要由基体上弥散分布的多边形Cu6Sn5IMC和粒状Ag3SnIMC组成;粉末比普通合金与铜基板形成的IMC更不规则,且扩散层与基板的界面更模糊;雾化粉末的蠕变断裂寿命显著高于普通合金。因此,Sn-3Ag-2.8Cu无铅焊锡粉末性能优于普通合金。

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。

导液管突出高度对Sn-Ag-Cu无铅焊锡粉末特性的影响

利用自行设计的超音速雾化制粉装置,研究了导液管突出高度对Sn3Ag2.8Cu无铅焊锡粉末有效雾化率、粒度分布、球形度及氧含量的影响。结果表明:在一定雾化条件下,导液管突出高度为4 mm,雾化粉末具有最佳球形度、表面光滑度及粒度分布,同时具有较高的有效雾化率和最低的氧含量;和Sn37Pb粉末相比,在与Cu基板的钎焊中,利用Sn3Ag2.8Cu粉末配制的焊锡膏与铜基板之间形成的IMC更厚,且更不规则;当导液管突出高度从4 mm增加至5 mm,粉末更细,有效雾化率提高,但粒度分布变差,粉末表面更粗糙;当导液管突出高度从4 mm减小至2 mm,粉末有效雾化率降低,粒度分布变差。因此,在本试验条件下,导液管突出高度最佳为4 mm。