热循环条件下SnAgCu/Cu焊点金属间化合物生长及焊点失效行为

研究了热循环过程中SnAgCu/Cu焊点界面金属间化合物的生长规律及焊点疲劳失效行为。提出了热循环条件下金属间化合物生长的等效方程以及焊点界面区不均匀体模型,并用有限元模拟的方法分析了热循环条件下焊点界面区的应力应变场分布及焊点失效模式。研究结果表明:低温极限较低的热循环,对应焊点的寿命较低。焊点的失效表现为钎料与金属间化合物的界面失效,且金属间化合物厚度越大,焊点中的累加塑性功密度越大,焊点越容易失效。

Cu/Sn/Ni焊点界面金属间化合物的生长及演变

【目的】研究Cu/Sn/Ni焊点在265℃下键合过程中界面金属间化合物的生长趋势及形貌演变。【方法】使用扫描电镜对焊点进行观察和分析。【结果】随着键合时间的增加,界面金属间化合物总厚度不断增加。在Cu-Ni的交互作用下,界面金属间化合物在Cu/Sn和Ni/Sn两侧表现出不同的界面形貌演变和生长速度。在等温回流的四个时间节点中,Cu/Sn侧的金属间化合物生长速率呈先快后慢的趋势,而Ni/Sn侧则为先慢后快。此外,在Cu/Sn/Ni焊点等温回流的四个时间节点中,Cu/Sn侧和Ni/Sn侧金属间化合物的微观形貌存在明显差异。【结论】本研究为深入理解焊点界面金属间化合物的生长规律提供了有价值的参考。

Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu钎焊界面区IMC及接头性能

采用扫描电镜和X射线衍射等检测手段,研究了钎焊工艺参数对Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu界面金属间化合物(IMC)长大及钎焊接头剪切强度的影响。结果表明,Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu钎焊界面区形成了波浪状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)。随钎焊时间延长、钎焊温度升高,界面波浪状Cu6Sn5相转变为较大尺寸的扇贝状,其厚度及界面粗糙度相应增大。当钎焊温度为270℃、钎焊时间为180s时,Cu6Sn5相厚度较薄,为2.2μm;界面光滑,其粗糙度为1.26μm,接头剪切强度值最高。

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。

Cu核微焊点界面显微组织及拉伸力学性能研究

借助扫描电镜(SEM)、动态力学分析仪(DMA)等手段,对比研究Cu核微焊点和无核微焊点的界面显微组织演变及拉伸力学性能。结果发现,Cu核的加入使界面数量由2个变为4个,界面金属间化合物(IMC)的种类及形貌发生变化。无核微焊点的界面化合物主要为平面状Cu6Sn5;Cu核加入后,铜丝与钎料之间化合物主要为扇贝状Cu6Sn5,由于镀镍层的存在,在Cu核与钎料之间的界面化合物以(Cux,Ni(1-x))6Sn5为主。通过拉伸及断口形貌分析发现,Cu核微焊点的拉伸强度显著高于无核微焊点。无核微焊点断口处存在大量河流状花样、撕裂棱及韧窝,表现出经典的准解理断裂特征;而Cu核微焊点断口处存在大量韧窝,断裂模式接近韧性断裂。

SnAgCu/Cu焊点热循环失效行为研究

对热循环条件下SnAgCu/Cu焊点的热力疲劳行为进行了研究。基于热循环条件下实际倒装焊点的位移分析,设计了单焊点试样及其热力耦合加载装置。利用电阻应变测量法研究了–40~125℃热循环条件下焊点的变形行为。以电阻变化率为损伤参量,确定了焊点的损伤演变规律以及焊点热疲劳寿命。基于此,采用基于应变的Coffin-Manson模型确定了焊点寿命与非弹性应变之间的关系。结果表明焊点随加载应变范围的增大而出现加速破坏。最后,对热循环过程中SnAgCu/Cu焊点的微观组织演变进行了扫描电镜观察分析,旨在进一步揭示焊点失效的本质。

Cu/Sn/Cu微焊点界面反应的微观组织

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了Cu/Sn/Cu微焊点焊后态以及110℃×400h时效态的界面反应状况。结果表明,Cu/Sn/Cu微焊点界面反应后的组织由Cu6Sn5、Cu3Sn与β-Sn构成。经110℃×400h时效后,β-Sn被大量消耗,Cu6Sn5由焊后态的扇贝状向多边形块状转变,Cu3Sn仍保持长条状。另外,400h时效后,Cu6Sn5的(0001)面择优取向特点不变,且<0001>晶向平行于RD(轧向)方向。计算取向差角分析400h时效后生成的Cu6Sn5界面类型,发现取向差角分别约为53°、45°、36°,为大角度晶界。组织形貌与晶粒取向分析的结果表明,等温时效对焊点微观组织取向影响较小,但对组织的转变与生长影响极大。