Ag-Cu-Sn-In中温焊膏的性能与初步应用试验

采用氮气雾化法将Ag-22.4Cu-15Sn-5In焊料制成粉体,利用丙烯酸酯类化合物为载体将其调配成膏状焊料。应用试验表明,所配制的新型焊膏易于涂布,焊接性能良好,焊后残渣少,无需再清洗。该新型焊膏能进行可伐与钨铜、可伐与陶瓷等材料的焊接,有着广阔的应用前景。钎焊界面分析发现,钎料主要是由富Ag相,少量Cu7In4相、Cu39Sn11相以及Cu3Sn相组成。在钎焊过程中,镍基板上的镍与钎料中的元素铜存在元素扩散,这对改善钎料与基体之间的结合状况是有益的。

In对Ag-Cu-Sn合金组织与性能的影响

研究得出Ag_(41)Cu_(42)Sn_(17-x)In_x合金以α-Ag相和β-Cu相这两种固溶相为主,枝晶间分部着少量的铜锡中间化合物,随着In含量的增加,合金中的β-Cu的生长受到抑制而共晶组织得以生长,合金中脆硬相逐渐分布均匀,枝晶间塑韧性较好的共晶组织逐渐增多导致合金的变形率逐渐增加,其中Ag_(41)Cu_(42)Sn7.4In9.6具有最高变形率37.2%。而合金中β-Cu相和枝晶间相的维氏硬度随着In含量的增加均表现出增大→减小→增大的规律。

机械合金化制备Ag-Cu-Sn钎料的组织和热稳定性

研究了机械合金化制备Ag-Cu-Sn三元体系形成过饱和固溶体的可能性,并对所得到的非平衡球磨产物的组织结构、热稳定性及其铺展重熔后的金相组织进行了表征。结果表明,通过控制球磨工艺和第三组元含量,可得到以过饱和固溶体为主要组成相的钎料合金粉,减少或细化脆性金属间化合物相。真空退火时,富银固溶体相较稳定,富铜固溶体相易于分解生成Cu_3Sn,银锡化合物可分解形成Ag基固溶体和富锡相,铜锡化合物的分解产物则为多种中间相,随退火温度的升高,转变顺序逐渐向铜锡原子比例增大的方向进行。以过饱和固溶体为主要组成相的钎料合金粉在重熔后虽然仍存在金属间化合物相,但金相组织明显细化。

Ag-Cu-Sn系低银钎料的研究

本文对Ag-Cu-Sn系低银钎料进行了研究。研究表明,用Ag-Cu-Sn相图中富铜一角、银含量为15～25％,液相线温度在725～825℃之间的合金钎焊低碳钢时,其组织中的δ相及合金中的锡含量对钎焊接头的剪切强度均有影响。本文研制了一种Ag-Cu-Sn系低银钎料,并发现,在钎料中添加2～3％Mn可成倍地增加钎料在低碳钢上的润湿面积,添加2％Ni可改善合金组织,降低其硬度,添加0.2～0.5％Si时,Si的作用较复杂。

Ag-Cu-Sn复合电子支架功能材料

通过电刷镀方法在铜带基体上获得钝银和纯锡镀层,从而得到一种新型Ag-Cu-Sn复合电子支架功能材料。采用SEM和EDS方法研究了该功能材料的组织结构和成分,测量了其硬度和厚度,并利用弯曲法和划痕实验法检验了其结合强度和抗剥离性能。结果表明,该功能材料可完全满足作为电子支架材料的要求。

Ag-Cu-Sn-Ti活性钎焊Gr/2024Al复合材料与TC4钛合金

采用自制的AgCuSnTi钎料对发汗材料Gr/2024Al复合材料和TC4钛合金进行钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,接头典型界面组织为Gr/2024Al/Ti3AlC2/Ag2Al+Ag3Sn+Al2Cu+Al5CuTi2/Al5CuTi2+Ag3Sn/TC4.钎焊时,活性元素Ti与Gr/2024Al复合材料的石墨基体发生活性反应,实现了TC4与Gr/2024Al复合材料的低温连接,保证了复合材料的力学性能及发汗功能.随钎焊温度升高及保温时间延长,钎缝组织中弥散分布的Al5CuTi2化合物聚集长大成块状,使接头性能下降.当钎焊温度为680℃,保温时间为10min时接头抗剪强度达到最大值17MPa,其为Gr/2024Al复合材料母材强度的70%.

Cu、Sn、Ag同位素在古金属制品溯源研究中的应用

近年来,随着同位素分析方法的不断突破和新一代多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试技术的广泛应用,Cu、Sn、Ag等非传统同位素在古代金属制品溯源研究中显示出较好的应用前景。本文综述了近20年来Cu、Sn、Ag同位素在古代金属制品应用研究的相关进展,并展望了其应用前景:①由于不同矿床之间Cu、Sn、Ag同位素存较大重叠,这些同位素均难以作为独立的证据追溯金属制品的地质来源;②Cu同位素在原生矿石与表生矿石之间存在较大的分馏,是示踪铜矿石类型的可靠方法,Ag同位素也具推断银矿石类型的潜力;③将Cu、Sn、Ag同位素与Pb同位素、微量元素相结合,并采用合理的统计方法,开展综合溯源研究将是今后应用非传统同位素进行古代金属制品溯源研究的发展方向。

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

电镀参数对电沉积Sn-Ag-Cu合金镀层的影响

采用自主研发的甲磺酸锡银铜电镀液在黄铜基体上制备了Sn-Ag-Cu合金镀层。通过扫描电子显微镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)分析了电镀工艺参数对Sn-Ag-Cu合金镀层的成分、表面形貌以及镀层厚度产生的影响。结果表明,当电流密度为4 A/dm^(2)、温度为25℃及pH为5.5时,可获得结晶较细且致密,表面平整光亮且厚度均匀的Sn-Ag-Cu合金镀层。

高银系Sn-Ag-Cu/Cu界面金属间化合物生长行为

【目的】为研究高银系(Ag质量分数大于3.0%)Sn-Ag-Cu在固相时效过程中的界面反应和生长动力学。【方法】高温条件下不同银含量对界面结构和界面生长的影响,为了确定焊点的长期可靠性,在150℃下进行了0 h,100 h,300 h,500 h的热加速老化试验。用SEM与EDS进行了IMC表面形貌、厚度和元素组成。【结果】研究结果表明,随着银含量的增加,Cu_(6)Sn_(5)的生长受到不同程度抑制。在等温时效过程中,金属间化合物(IMC,Cu_(6)Sn_(5)+Cu_(3)Sn)的生长动力学是一个扩散控制过程,Cu_(6)Sn_(5)逐渐生长为Cu_(3)Sn;在后期的老化阶段,扇贝状的形状消失,表明生长机制发生了变化,变化为向垂直于界面方向的稳定生长;通过有限元技术,得出在服役过程中,热应力主要集中于Cu_(3)Sn与Cu基板交界处;随着时效时间的增加,焊点等效蠕变应变上升,可靠性逐渐降低;利用阿仑尼乌斯公式计算了金属间化合物IMC(Cu_(6)Sn_(5)+Cu_(3)Sn)在界面Sn-3.0Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.4Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu的表观活化能分别为67.13 kJ/mol,70.50 kJ/mol,69.54 kJ/mol。【结论】根据试验与数值模拟计算相结合的研究手段,得到Sn-3.4Ag-0.7Cu款无铅焊料在高温服役过程中比其他焊料更能满足电子元件的要求。

Sn-Ag-Cu钎料的制备与显微组织性能研究

Sn-Ag-Cu系低银钎料凭借其优良的工艺和力学性能被普遍认为是最有前途的含铅钎料替代品。为了研究低银钎料的制备及其显微组织特性,制备银的质量分数分别为0、0.3%、0.5%、1.0%的四组低银钎料。比较分析熔化温度与银的质量分数对低银钎料的熔化特性、显微组织、抗拉强度及润湿特性的影响。结果表明,添加少量的银可以降低锡铜钎料的熔化温度,使锡铜钎料的晶粒变得细小,晶粒排列得更加紧密。当钎料中银的质量分数为1.0%时,钎料的抗拉强度达到47.4 MPa,在紫铜基体上的铺展面积为39.9 mm2,润湿角为5.01°。

用于功率器件封装的新型Cu@Sn@Ag焊片性能

提出了一种用于焊接半导体芯片的新型焊接材料Cu@Sn@Ag焊片。对比分析了Cu@Sn@Ag焊片和商用PbSn5Ag2.5焊片焊层的孔隙率和力学性能,采用这两种焊片封装了110 A商用Si器件并对其进行了电学、热学性能和功率循环可靠性对比。结果表明:优化后的Cu@Sn@Ag焊片孔隙率小于4%,焊层剪切强度平均值约为35 MPa;相应器件的最小热阻为0.18 K/W,且经过150000次的有源功率循环(温差为60℃)后正向压降增长率基本小于2%,Cu@Sn@Ag焊片的性能和器件功率循环可靠性高于商用PbSn5Ag2.5焊片。基于瞬态液相扩散焊接(TLPS)的Cu@Sn@Ag焊片可以实现高铅焊片的无铅化替代,是一种具有良好应用前景的耐高温芯片焊接材料。

Cu-Cr-Sn-Zn-Si-Y合金显微组织及性能研究

用SEM、EDS、TEM等检测手段,研究了Cu-0.59Cr-0.23Sn-0.15Zn-0.02Si-0.02Y合金在形变热处理过程中的组织演变和性能变化规律。结果表明:合金铸态组织中粗大的第二相主要为富Cr相,合金化元素Sn、Zn、Si、Y以弥散形式分布于基体中,经热轧、固溶、冷轧、时效、冷轧、退火处理后,合金内部位错塞积更严重,且部分区域的位错具有一定的方向性。纳米级明暗相间的莫尔条纹为bcc-Cr相,与Cu基体的取向为N-W关系,孪晶配合位错与纳米相的缠结强化作用,使合金的硬度和导电率分别为170.9HV_(0.2)、73.49%IACS,抗拉强度和断后伸长率分别为568 MPa和11%。

P含量对Cu-P-Sn-Ag四元合金钎料组织及力学性能的影响

Cu-P-Sn-Ag四元合金钎料在工业生产过程中易出现丝材脆性断裂现象,严重影响产品质量,为了改善其力学性能,制备了不同P含量的Cu-P-Sn-Ag四元合金铸锭及钎料,系统研究了P含量对钎料微观组织、硬度、抗拉强度及延伸率的影响。结果表明,当P含量为5.0%~5.2%时,合金中脆性相Cu 3P组织均为细小短棒状,晶粒尺寸小于5μm。当P含量为5.4%~6.0%时,合金中部分Cu 3P组织逐渐转变为粗大鱼骨状,晶粒尺寸大于30μm。当P含量为5.2%~5.4%时,随着P含量的增大,钎料硬度显著增大,从247.7 HV增大到260.4 HV;其抗拉强度和延伸率显著降低,分别从844.38 MPa和3.60%降低到815.08 MPa和3.07%。P含量与微观组织的演变关系被认为是影响钎料力学性能的主要原因。

基于COMSOL的Cu@Sn@Ag焊片真空瞬态液相扩散焊仿真研究

在电力电子封装时,瞬态液相扩散焊过程中焊料层的应力分布是影响器件服役性能和使用寿命的重要因素。文中基于SiC芯片瞬态液相扩散焊的工况,利用有限元仿真软件COMSOL建立了Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SIC芯片与DBC板的三维有限元模型,针对瞬态液相扩散焊,结合弹塑性变形等相关理论,系统研究了瞬态液相扩散焊的焊接工艺温度、焊接时间及焊接保压压力对Cu@Sn@Ag焊层应力分布及大小的影响。研究结果表明:焊接温度在240~260℃时,随着焊接温度的升高,焊后焊层峰值应力逐渐减小;当焊接温度处于260~280℃时,又略有升高,在260℃时应力最小;焊接保温时间在30~90 min时,随着焊接保温时间的延长,焊层的应力保持不变,90 min以上时焊层处的应力开始升高;当焊接保压压力为1~5 MPa时,随着保压压力的增大,焊层处的应力也初步增大。综合考虑器件服役性能的需求,Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SiC芯片和DBC板,焊接温度以260℃为宜,焊接保温时间以30 min为宜,焊接保压压力以1 MPa为宜。

纳米晶(Ag-Cu_(28))-25Sn合金粉末的制备及表征

采用机械合金化法制备纳米晶(Ag-Cu28)-25Sn合金粉末。用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和差示扫描量热分析仪(DSC)等分析手段,对合金化过程中物相组成、微观结构及熔化特性进行表征。结果表明:(Ag-Cu28)-25Sn纳米晶合金粉末的物相组成为Cu3Sn和Ag4Sn。球磨40h,合金化完全,其熔化温度为548.5℃;球磨至60h,合金明显非晶化,其熔化温度为554.0℃,熔程变小且在186.3和399.5℃处出现明显放热峰。HRTEM表明,纳米晶的尺寸约为5～10nm,合金中有非晶态物质出现和晶格缺陷产生。200和400℃退火后,合金的平均晶粒尺寸分别为21.3和33.9nm。

基于石墨烯阻挡层Cu-In微纳米层超声波键合技术

目的采用松木状形貌铜铟微纳米层和超声能量,低温下实现键合互连,保证互连的可靠性,从而解决传统回流焊工艺高温引发高热应力、信号延迟加剧的问题。方法将镀有松木状二级铜铟微纳米层的基板表面作为键合偶一端,另一端为无铅焊料。在键合偶之间加入单层共形石墨烯作为阻挡层,在低温下(温度120℃),对键合接触区域施加超声能量和一定压力便可实现铜铟基板与无铅焊料的瞬态固相键合。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)、焊接强度测试仪等分析键合界面处的显微组织、金属间化合物,以及剪切强度,对键合界面进行老化处理。结果铜微米层具有圆锥状凸起的表面结构,其上镀覆纳米铟层,形成的结构具有巨大的表面积。在超声作用、较小的压力,以及低温条件下,铜铟松木状阵列结构插入较软的锡基焊料中,形成稳定的物理阻挡结构,实现与周围填充挤入的无铅焊料,以进行焊接互连。键合压力过小或者超声时间过长,都会在键合界面处产生线性孔洞或者裂纹,这些孔洞或者裂纹无法通过热处理消失。结论石墨烯阻挡层避免锡焊料与粗糙表面铜基板之间直接接触,防止脆性金属间化合物的过度生长。铜铟松木状阵列结构的特殊形貌及超声波能量引入,键合在瞬间、低温条件下即可完成,键合质量良好,可以获得较小的键合尺寸。

不同剪切速率下锡银铜系/镍金焊点的断裂行为研究

对锡银铜系高可靠性焊料合金的研究虽然已经较为广泛,但是缺乏对其焊点在不同应变速率下的剪切强度和断裂模式的研究。本文将牌号为SAC305和Innolot不同成分的锡银铜系焊料合金锡膏印刷在镍金镀层(Ni(P)/Au)上回流成BGA焊点,采用DAGE4000HS焊接强度测试仪进行不同剪切速率下的剪切性能测试,并对其剪切曲线、剪切强度及断裂能进行计算和分析,再采用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对焊点界面微观结构及断口进行表征分析。结果表明:合金本身成分的差异导致焊点界面金属间化合物层(IMC层)厚度和分布存在差异,随着剪切速率的增加,SAC305和Innolot合金焊点的强度总体上都随之增加,且焊点的断裂模式由焊点基体内部的韧性断裂向界面金属间化合物脆性断裂发生转变,Innolot合金由于其他金属元素添加导致的强化作用使得其剪切强度得到较大提升而塑性损伤。

时效工艺对齿轮泵侧板用Al-Sn-Cu合金组织性能的影响

挤压成型后的Al-Sn-Cu齿轮泵侧板型材的硬度和耐磨损性能较差。通过采用金相观察、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度检测、摩擦实验等手段,研究了挤压成型后的Al-Sn-Cu合金经不同时效工艺处理后组织、析出相、硬度、摩擦磨损的变化规律。结果表明,经175℃保温8 h时效处理后,Al-Sn-Cu合金硬度最高,为125 MPa。对比挤压态和175℃保温8 h时效状态下的Al-Sn-Cu合金的摩擦磨损性能,175℃保温8 h时效处理后Al-Sn-Cu合金的耐磨损性能得到明显提升。

烧结温度对电磁压制Ag-25．5Cu-27Sn钎料显微组织及性能的影响

以纯金属粉末为原料,利用电磁压制技术制备了Ag-25.5Cu-27Sn钎料,并在100~500℃保温30 min进行烧结,研究了烧结温度对钎料相对密度、物相组成、显微组织、熔化特性,以及对其钎焊铜接头微观形貌和抗拉强度的影响。结果表明:随烧结温度的升高,钎料的相对密度先降低后升高,400℃烧结钎料的相对密度高于未烧结钎料的,并生成了稳定的ε_1-Cu_3Sn和ε_2-Ag_3Sn相;烧结使钎料的熔化温度略有提高,400℃烧结钎料的熔化温度比250℃烧结的降低了约4℃;400℃烧结钎料钎焊铜接头焊缝中的气孔数明显较少、组织均匀细小,其抗拉强度比未烧结钎料钎焊铜接头的提高了16%。