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。

温度与镀层对Sn-Cu-Ni无铅钎料润湿性能的影响

采用润湿平衡法测定了在不同试验温度下Sn-Cu-Ni无铅钎料在Cu,Au/Ni/Cu,SnBi/Cu三种基板上的润湿时间和润湿力,研究了钎焊温度对Sn-Cu-Ni无铅钎料在不同基板上润湿性能的影响。结果表明,温度升高使Sn-Cu-Ni无铅钎料的表面张力减小,能显著缩短钎料在铜片上的润湿时间,提高润湿力;Ni/Au或SnBi等镀层能显著降低钎料/基板界面张力,因此Sn-Cu-Ni无铅钎料在Au/Ni/Cu或SnBi/Cu基板上的润湿性能优于在Cu基板上的润湿性能。

Sn-Zn-Cu无铅钎料的组织、润湿性和力学性能

研究了(Sn 9Zn) xCu无铅钎料的微观组织、润湿性能和力学性能。Cu的加入使得Sn 9Zn钎料中针状富Zn相逐渐转变为Cu Zn化合物,当Cu含量为8%时,Cu6Sn5相生成。Sn Zn Cu合金熔点随着Cu含量增加而升高,同时润湿性随Cu的加入得到显著改善。使用中性活性松香钎剂,钎料与Cu箔钎焊时的润湿角显著减小。Sn 9Zn的润湿角为120°,而(Sn 9Zn) 10Cu的润湿角为54°。这是由于Cu的加入降低了Zn的活性,减少了Zn在钎料表面氧化,降低了液态钎料表面张力,使得钎料能获得较好的润湿性。合金在2%Cu时获得较高的强度,随着Cu含量的增加,Cu Zn化合物相对增多,抗拉强度有所下降;而合金的塑性随着Cu的加入迅速下降。

La对Sn-Ag-Cu无铅钎料与铜钎焊接头金属间化合物的影响

研究微量稀土La在钎焊和时效过程中对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料与铜基板的钎焊界面及钎料内部金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:钎焊后钎焊界面形成连续的扇形Cu6Sn5化合物层,其厚度随La含量的增加而减小;在150℃时效100h后,连续的Cu3Sn化合物层在Cu6Sn5化合物层和铜基板之间析出,且Cu6Sn5层里嵌有Ag3Sn颗粒;界面金属间化合物总厚度随时效时间的延长而增厚,且在相同时效条件下随La含量的增加而减小;时效过程中金属间化合物生长动力学的时间系数(n)随着La含量的增加逐渐增大;钎焊后钎料内部Ag仍以共晶形式存在,时效后Ag3Sn颗粒沿钎料内部的共晶组织网络析出。

Sn-Cu系无铅钎料的研究现状与发展

介绍了无铅钎料应用时应该满足的基本要求和Sn-Cu系无铅钎料的国内外研究和应用现状,概述了Sn-Cu系无铅钎料润湿性能、物理性能、力学性能等方面的一些特点,分析探讨了Sn-Cu系无铅钎料存在的不足,详细阐述了添加不同合金元素(如Bi、Ag、Ni、RE等元素)对Sn-Cu系无铅钎料性能的影响规律,并对Sn-Cu系无铅钎料的应用前景和发展方向进行了展望。

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。

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。

Sn-Cu钎料液态结构的研究

利用高温X射线衍射仪测试了Sn-0.7Cu和Sn-2Cu(质量分数,%)钎料在260,330和400℃的液态结构.在共晶Sn-0.7Cu钎料熔体中仅存在短程有序结构;Sn-2Cu在260℃下的结构因子曲线小角度区域出现预峰,表明熔体中除存在短程有序结构外还存在中程有序结构.中程有序结构与Cu_6Sn_5团簇的形成有关,团簇的数量随温度的升高而迅速减少,在400℃时消失,Cu-Sn间的交互作用不再存在.通过计算得到了两种钎料合金熔体的相关半径r_c和配位数N_(min),给出了它们随温度的变化趋势.对径向分布函数(RDF)的Gaussian分解显示,Sn-Cu钎料液态中Cu-Sn刚簇的尺寸随着Cu含量的增加而增大.

铜含量对Sn-Cu钎料与Cu、Ni基板钎焊界面IMC的影响

研究了不同铜含量的Sn—xCu钎料（x=0，0．1％，0．3％，0．7％，0．9％，1．5％）与Cu板和Ni板在260、280和290℃钎焊后界面金属间化合物（IMC）的成分和形貌。研究结果表明：钎料与Cu板钎焊时，钎焊温度越高，界面处形成的Cu6Sn5 IMC厚度越大，而在同一钎焊温度下，随着钎料中铜含量的增加，IMC的厚度先减少后增加；与Ni板钎焊时，界面IMC的厚度随着铜含量的增加而增加，同时界面化合物的成分和形貌均发生了显著变化；当Cu含量小于0．3％（质量分数）时，界面处形成了连续的（CuxNi1-x）3Sn4层；而当Cu含量为0．7％时，界面处同时存在着短棒状（CuxNi1-x）3Sn4和大块状（CuxNi1-x）6Sn5IMC；当铜含量继续增大时（0．9％～1．5％），（CuxNi1-x）3Sn4IMC消失，只发现了棒状（CuxNi1-x）6Sn5IMC。讨论了钎料中Cu含量对与Cu、Ni基板钎焊接头界面化合物生长的影响，并进一步讨论了（CuxNi1-x）6Sn5IMC的形成和长大机理。

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料

根据S i3N4陶瓷钎焊性和非晶形成能力的要求,确定非晶钎料合金成分为Ti40Zr25N i15Cu20;采用单辊熔体快淬法成功制备了箔带状Ti40Zr25N i15Cu20钎料合金,并通过X射线衍射、差热分析、电镜线扫描等分析手段证实其为非晶态。试验结果表明,Ti40Zr25N i15Cu20合金其约化玻璃温度Trg=0.76,过冷液相区ΔTx=78 K。

Ag-Cu-Ti钎料钎焊单晶金刚石磨粒的研究

本文根据金刚石与其它元素的结合机理,分析了高强度连接元素Ni、Co、Mn、Si、B,低熔点连接元素Ag、Cu、Zn、Sn和强碳化物形成元素Ti、Cr、W对金刚石的连接作用,研制出6种适合不同焊接条件的钎焊单晶金刚石磨粒的合金钎料。试验结果表明,在焊接温度为940℃,真空钎焊无镀膜单晶金刚石磨粒与45钢基体时,用钎料90(Ag72-Cu)-10Ti合金箔的焊接强度比用AgCu共晶合金箔与Ti箔的焊接强度高。

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。

稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni无铅钎料铺展性能及焊点力学性能的影响

研究了不同含量稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni钎料铺展性能及其焊点力学性能及钎料显微组织的影响规律。结果表明,随着稀土元素Ce含量的增加,钎料在铜基板上的铺展面积逐渐增大,当Ce元素含量达到0.05%时,钎料的铺展面积达到最大。Sn-Cu-Ni钎料中添加适量的稀土元素Ce,能够细化钎料组织,从而提高焊点的力学性能。当Ce元素的含量为0.05%左右时,焊点的力学性能达到最佳值。Ce元素含量超过0.05%后,继续增大稀土元素Ce的添加量,Sn-Cu-Ni钎料的显微组织又变得粗大,铺展性能有所降低,焊点力学性能也随之有所下降。

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。

Sn基无铅钎料与Cu基板间化合物Cu_6Sn_5的研究进展

主要介绍了Sn基无铅钎料和Cu基板在界面处反应生成的金属间化合物Cu6Sn5与焊接点可靠性的关系。综述了近年来Cu6Sn5的研究进展,内容包括:Sn基无铅钎料在Cu基板上形成的Cu6Sn5的生长形态、晶体取向、生长动力学以及纳米颗粒对界面Cu6Sn5尺寸及形貌的影响。

基于Sn-Pb钎料的Cu/Al钎焊接头组织结构分析

采用金相显微镜、电子探针(EPMA)及X射线衍射仪(XRD)对低温Sn-Pb钎料钎焊Cu/Al异种金属接头的组织结构进行了试验研究,结果表明,钎缝区主要生成Sn-Pb共晶组织及分布于其中的β(Sn)初晶,而在铜侧过渡区生成Cu_3Sn和Cu_6Sn_5两种金属间化合物,在铝侧过渡区生成AlNi、NiSn、Ni_3P及Sn_4P_3等金属间化合物。

Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料钎焊Si_3N_4陶瓷的连接强度

采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷,研究钎焊工艺参数对界面反应层和接头连接强度的影响。结果表明:随着钎焊时间的增加和钎焊温度的提高,接头弯曲强度都表现出先上升后下降的趋势;钎焊工艺参数对连接强度的影响主要是由于影响反应层厚度所致;在相同钎焊工艺条件下,采用Ti40Zr25Ni15Cu20非晶态钎料和晶态钎料相比,其接头连接强度提高了84%。

活性Cu-Ni-Ti钎料对Si_3N_4陶瓷浸润性的影响

研究了温度和Ti含量对以Cu85 Ni15 、Cu70 Ni30 、Cu5 5 Ni45 合金为基的Cu Ni Ti合金在Si3N4上浸润性的影响。结果表明 ,随温度和钎料中Ti含量的上升 ,Cu Ni Ti钎料在Si3N4陶瓷上的浸润角减小 ,而随钎料中Ni含量的增加 ,钎料浸润性变差。分析认为 ,钎料在陶瓷上的浸润性不仅取决于活性组元与陶瓷之间反应的标准自由能变化ΔG0 ,还与活性组元在钎料中的存在状态有关。

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。

Sn基钎料与Cu和Al基板的润湿性比较研究

采用润湿平衡法测量了四种Sn基钎料(Sn-37Pb、Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu与Sn-9Zn)分别在250,260和270℃与Cu、Al两种基板的润湿性能。结果表明:钎料与Al基板的润湿时间均比Cu基板长,除Sn-9Zn外,其他三种钎料与Cu基板的润湿力比Al基板大,并且随着温度升高,润湿性能提高,其中以Sn-9Zn最为明显,270℃时的润湿力达3.68mN。钎料在Cu基板上的润湿性能主要取决于钎料本身的表面张力,而钎料在Al基板上的润湿性能受钎料合金表面张力以及钎料与Al基板间的相互作用两个因素的影响。