Si调控Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的演变行为

为通过成分调控改善Cu-Sn-Ti钎料的显微组织及性能,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及EDS能谱分析等设备,研究了Si对Cu-20Sn-15Ti钎料显微组织与性能的影响规律。结果表明:Cu-20Sn-15Ti钎料的显微组织为大尺寸多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相、共晶组织和α-Cu相。添加少量的Si(质量分数≤2.0%)可细化钎料中多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相,并生成小尺寸Si_(3)Ti_(5)相,较多的Si(质量分数≥3.0%)会造成多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相分化离散、共晶组织粗化减少,Si_(3)Ti_(5)相含量增加且粗化,当Si含量增至5.0%时,钎料不再生成多边形状CuSn_(3)Ti_(5)相和共晶组织,Ti主要用于生成Ti_(5)Si_(3)相,显微组织主要为Ti_(5)Si_(3)相、α-Cu相、Cu41Sn11相和少量条状CuSn_(3)Ti_(5)相;与Cu、Sn相比,Si与Ti具有更强的化学亲和力,Si优先与Ti反应生成Ti_(5)Si_(3)相;Ti_(5)Si_(3)相的三维组织形貌为棱柱状,且呈团聚附生特征,粗条状Ti_(5)Si_(3)相具有中心或侧面孔洞缺陷,孔洞的形成主要与其生长机制有关;随着Si含量的增加,钎料的剪切强度呈“升高-降低-升高”的趋势,断口形貌由准解理断裂和解理断裂的混合形态向解理断裂转变;CuSn_(3)Ti_(5)相易破碎开裂成为起裂源,不同粗大状态CuSn_(3)Ti_(5)相的存在均在一定程度上恶化钎料剪切强度。

不同取向Cu/Cu_(3)Sn界面处原子扩散行为的分子动力学模拟

为研究不同取向对Cu/Cu3Sn界面原子扩散行为的影响,建立了(100)Cu_(3)Sn//(100)Cu、(100)Cu_(3)Sn//(110)Cu以及(010)Cu_(3)Sn//(112)Cu三种界面结构的模型。运用分子动力学方法模拟了900~1100 K下各模型Cu/Cu3Sn界面处的原子扩散,观察具体的扩散情况并计算了扩散系数。结果表明,温度和界面取向均对扩散系数有影响。温度升高,界面原子的紊乱程度加剧。同一模型的扩散系数随温度升高而增大。三种界面结构在同一温度下界面偏移程度不同,Cu晶体中的Cu原子扩散速度要低于Cu_(3)Sn中的Cu1、Cu2和Sn1原子,其中Cu原子是Cu_(3)Sn相中界面扩散的主要原子。对于Cu晶体,(110)Cu取向上的Cu原子扩散速度最快。Cu3Sn晶体在900~1000 K时,(010)Cu_(3)Sn//(112)Cu模型界面的Cu1、Cu2和Sn1原子由于扩散激活能垒最低而显得扩散速度最快;在高于1000 K时,(100)Cu_(3)Sn//(110)Cu模型的Cu1、Cu2和Sn1原子由于原子排列稀疏、扩散阻力最小而扩散速度最快。三种Cu/Cu_(3)Sn界面结构取向模型扩散速度的差异是界面原子排列及相应原子的扩散激活能不同导致的。

Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面的显微结构

研究了热剪切循环条件下Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料/Cu界面的显微结构,分析了界面金属间化合物的生长行为,并与恒温时效后的Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面进行了对比。结果表明:恒温时效至100 h,Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面上已形成Cu6Sn5和Cu3Sn两层金属间化合物;而热剪切循环至720周Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面上只存在Cu6Sn5金属间化合物层,无Cu3Sn层生成,在界面近域的钎料内,颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状;在热剪切循环和恒温时效过程中,界面金属间化合物的形态初始都为扇贝状,随着时效时间的延长逐渐趋于平缓,最终以层状形式生长。

微量稀土元素对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料合金组织与性能的影响

研究稀土元素对Sn3Ag0.5Cu无铅焊料合金显微组织及性能的影响。结果表明：当稀土含量（wRE）为0.05%~0.25%时,对该无铅焊料合金的导电性和腐蚀性影响不大,但使其熔化区间温度降低;可以提高焊料的铺展面积,细化组织,提高其力学性能。比较Ce、Er、Y、Sc四种稀土元素对焊料合金的影响,发现Ce元素可以更好地提高焊料合金的综合性能,Er次之。

电子封装中Cu／Cu3Sn／Cu焊点的制备工艺及组织演变

采用电镀的方法在Cu基板沉积4μm厚Sn层作为钎料,在不同参数下对双钎料Cu/Sn+Sn/Cu三明治结构进行钎焊连接,得到可形成全Cu_3Sn焊点的最优工艺参数组合为:Ar气保护下300℃,3 h,1 N。然后研究了全Cu3Sn焊点形成过程中不同金属间化合物(Cu_6Sn_5和Cu_3Sn)的生长形貌和界面反应机理。结果表明,钎焊10 min后在Cu-Sn界面形成了扇贝状的Cu_6Sn_5,并且在Cu基板与Cu_6Sn_5之间有一层很薄的Cu_3Sn出现,Cu/Cu_3Sn和Cu3Sn/Cu_6Sn_5界面较为平整。随着时间延长,上下两层Cu6Sn5相互接触并融为一体,直至液态Sn完全被消耗,而Cu_3Sn通过消耗Cu_6Sn_5而快速增长,直到界面区全部形成Cu_3Sn。

溶剂热合成多级结构的Cu_3SnS_4月季花状微球

以CuCl2·2H2O、SnCl2和硫脲为原料,在乙二醇溶剂热条件下,制得具有多级结构的月季花状Cu3SnS4微球。粉体用XRD、XPS、FESEM、TEM、UV-Vis和PL进行了表征及光学性能测试。结果表明：粉体Cu3SnS4产品为四方相结构的月季花状微球,球直径约7~10μm,结构稳定性好。微球由一定厚度的片状花瓣从同一成核中心向四周辐射生长组装而成,而花瓣则是由具有单晶结构的纳米薄片通过范德华力堆叠起来的。粉体的室温光致发光测试表明在紫外区出现2个发射带,可能与花球的多级结构有关。并对纳米片-花瓣-微球三级结构的组装机制进行了初步探讨。

纳米Al_2O_3添加剂含量对Cu-Sn合金镀层微结构及性能的影响

当下,焦磷酸盐体系Cu-Sn合金电镀存在许多问题,将纳米Al2O3粉末加入镀液中,可解决镀层的一些结构和性能问题。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电化学测量技术,研究了纳米Al2O3添加剂对Cu-Sn合金电镀层微结构及性能的影响。结果表明:在直流电镀过程中,纳米Al2O3能够进入Cu-Sn合金镀层,镀层微结构、性能与其含量有着较大的关系;随着纳米Al2O3含量的增加,Cu-Sn合金镀层更加致密、均匀,其硬度、耐蚀性与耐磨性不断提高;当Al2O3纳米浓度达到8 g/L时,Cu-Sn合金镀层的显微硬度、耐蚀性能、耐磨性能及与基体的结合强度处于最佳状态。

应用于3D集成的高密度Cu/Sn微凸点键合技术

3D-IC技术被看作是应对未来半导体产业不断增长的晶体管密度最有希望的解决方案,而微凸点键合技术是实现3D集成的关键技术之一。采用电镀工艺制作了直径为50μm、间距为130μm的高密度Cu/Sn微凸点,分析了不同预镀时间及电流密度对Cu微凸点形成质量的影响,并使用倒装焊机实现了高密度Cu/Sn微凸点的键合。利用直射式X射线、分层式X射线对键合样片进行无损检测,结果表明键合对准精度高,少量微凸点边缘有锡被挤出,这是由于锡层过厚导致。观察键合面形貌,可以发现Cu和Sn结合得不够紧密。进一步对键合面金属间化合物进行能谱分析,证实存在Cu6Sn5和Cu3Sn两种物质,说明Cu6Sn5没有与Cu充分反应生成稳态产物Cu3Sn,可以通过增加键合时间、减少Sn层厚度或增加退火工艺来促进Cu3Sn的生成。

微电子封装中全Cu_3Sn焊点形成过程中的组织演变及生长形貌

在3D封装中,全Cu_3Sn焊点逐渐得到广泛应用。选择270℃,1N分别作为钎焊温度和钎焊压力,在不同钎焊时间下制备焊点,分析其组织演变过程,分别观察不同钎焊温度和钎焊时间下Cu_6Sn_5立体形貌,以研究Cu_6Sn_5生长规律及温度对其生长形貌的影响。结果表明:钎焊30min后Cu基板与液态Sn之间形成扇贝状Cu_6Sn_5,Cu_6Sn_5与Cu基板之间出现一层较薄的Cu_3Sn。当钎焊时间增加到60min后,液态Sn全部被消耗,上下两层Cu_6Sn_5形成一个整体。继续增加钎焊时间,Cu_3Sn以Cu_6Sn_5的消耗为代价不断长大,直到480min时Cu_6Sn_5全部转化成Cu_3Sn。Cu_6Sn_5长大增厚过程为表面形核、长大、小晶粒融合、包裹初始大晶粒。随着钎焊温度的增加,Cu_6Sn_5的形貌逐渐由多面体状变为匍匐状。

Cu/Sn比率对Cu_2SnSe_3薄膜若干物理性质的影响

利用射频(RF)磁控溅射在玻璃基片上共溅射沉积Cu-Sn预制膜。采用固态硒化法,制备Cu/Sn化学计量比在1.87～2.22之间的Cu2SnSe3薄膜。研究了Cu/Sn比率对Cu2SnSe3薄膜的晶体结构、微结构、光学性能以及电学性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,所制备的Cu2SnSe3薄膜为立方晶体结构,具有(111)择优取向;贫铜的Cu2SnSe3薄膜光学带隙Eg随着Cu/Sn比率增大而增大;富铜的Cu2SnSe3薄膜光学带隙Eg随着Cu/Sn比率增大而不变。薄膜电阻率为1.67～4.62mΩ.cm。

Cu_2SnS_3薄膜的制备及性能研究

采用 LBL(layer- by- layer)法制备了 Cu2 Sn S3 薄膜。即首先采用电化学方法在 Sn O2 衬底上制备 Sn S薄膜 ,然后又在其上用化学沉积法制备 Cu S薄膜 ,最后进行退火处理得到厚度约为960 nm的 Cu2 Sn S3 薄膜。探讨了薄膜的制备机理、生长速度、结构和光学特性。制备的薄膜为多晶(Cu2 Sn S3 ) 72 z(三斜或假单斜晶系 )结构 ,其直接光学带隙约为 1 .0 5 e V。

过热度对Sn3Ag2．8Cu合金雾化粉体颗粒形貌的影响

为了加速我国电子行业无铅化进程,利用自行设计的超音速雾化制粉试验装置,研究了过热度对Sn3Ag2.8Cu合金无铅焊锡雾化粉体颗粒形貌的影响。结果表明:通过调整合金的过热度,能够控制雾化粉体中卫星颗粒及异形颗粒的比例;当合金过热度为150℃时,雾化粉体中卫星颗粒和异形颗粒最少,颗粒球形度最好;当合金过热度为100℃时,雾化粉体颗粒球形度较差;当合金过热度为250℃时,雾化粉体卫星颗粒和片状颗粒较多。

Al_2O_3颗粒对SnAgCu焊点电迁移行为的影响

研究了在0.6×10~4A/cm^2电流密度下,A1_2O_3颗粒对Cu/SAC-A1_2O_3/Cu焊点基体组织及界面金属间化合物(IMC)层的影响规律。结果表明,SAC焊点组织随通电时间延长,由椭圆状转变为不规则的粗大块状,界面IMC层出现了显著的极化现象。SAC-A1_2O_3组织中共晶相仍呈近椭圆状弥散分布,无明显粗化现象,界面IMC层厚度也出现了极化现象,但相比于SAC焊点而言,极化程度较低。0.5wt%Al_2O_3的添加有助于提高Cu/SAC-Al_2O_3/Cu焊点抗电迁移可靠性。

Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜的溶液法制备及其光电性能研究

采用低廉、简便及易于控制元素组成的溶液法在钠钙玻璃和钼玻璃基底上沉积Cu-Sn-S前驱体膜,随后在N_2保护下硒化获得到Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,并通过调控前驱薄膜的硒化退火温度,实现了对薄膜形貌、物相结构、电学及光学性能的有效调制.研究结果表明,适当的硒化退火温度,如480℃,可得到表面平整、结晶度高、晶粒致密和双层结构(上层大、下层小晶粒)的Cu_2Sn(S,Se)_3薄膜,其带隙为1.28 eV,载流子浓度可低至6.780×10^(17) cm^(-3),迁移率高达18.19 cm^2·V^(-1)·S^(-1),可用于薄膜太阳能电池的光吸收层.

锌对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪等仪器设备,研究添加元素Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响。结果表明:Zn与Ag、Cu形成AgZn和CuZn3化合物,能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织,降低Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金的润湿性,同时可提高Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金抗拉强度。

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-3.5Ag-0.5Cu在高体积分数SiC_p/Al复合材料Ni-P(-SiC)镀层上的润湿性（英文）

基于化学镀Ni工艺,研究Sn-3.5Ag-0.5Cu合金在Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al基体上的润湿行为,分析镀层的显微结构和Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al体系的润湿和界面行为。结果表明,SiC颗粒均匀地分布在镀层中,且Ni-P(-SiC)镀层与SiCp/Al复合材料之间没有界面反应。Sn-3.5Ag-0.5Cu对Ni-P、Ni-P-3SiC、Ni-P-6SiC和Ni-P-9SiC镀层/SiCp/Al基体对应的最终接触角分别为~19°、29°、43°和113°。在Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P-(0,3,6)SiC镀层/SiCp/Al界面处形成含有Cu、Ni、Sn和P的反应层,其主要包含Cu-Ni-Sn和Ni-Sn-P相。此外,熔融的Sn-Ag-Cu合金可以通过Ni-P/SiC界面渗入Ni-P(-SiC)复合镀层与SiCp/Al基体接触。

时效处理对Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面形态的影响

研究了纳米Al_2O_3颗粒对Sn0.7Cu钎料润湿性的影响,并分析比较了时效0 h和时效250 h后Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面IMC的形貌和厚度变化。结果表明:添加微量的纳米Al_2O_3颗粒可以改善Sn0.7Cu钎料的润湿性,但添加过量将降低润湿铺展面积,纳米Al_2O_3颗粒的最佳添加量为0.5%,比Sn0.7Cu钎料的铺展面积提高了30.2%。焊后未时效的焊点钎料晶粒细小,界面处Cu_6Sn_5IMC层较薄,经过150℃时效,钎料晶粒粗化,IMC界面层的厚度明显增加,形貌由扇贝状变为明显的块状,界面的不平度逐步减小。界面层由单一的Cu_6Sn_5IMC层转变为Cu_6Sn_5IMC和Cn_3SnIMC两层,厚度增大了96.5%。

电迁移对全Cu3Sn焊点形貌及剪切性能的影响

在温度为120℃,电流密度分别为1×10^4、1.2×10^4、1.6×10^4 A/cm^2情况下对焊点通电,研究电迁移作用下Cu/Cu3Sn/Cu焊点微观形貌演变规律以及剪切性能的变化情况,。结果表明,在电流密度为1×10^4 A/cm^2时通电80 h,焊点中部出现蜂窝状空洞,随着通电时间增加,空洞面积不断变大,形成长条状空洞;进一步增加通电时间,在Cu3Sn层中间产生贯穿界面的裂纹状缺陷。增大电流密度,空洞等缺陷的形成时间大大缩短。利用剪切试验机测试不同电迁移实验条件下焊点的剪切强度,发现随着通电时间增加,焊点剪切强度不断下降,并且空洞面积越大,剪切强度下降幅度越大。

基于分子动力学的Cu_3Sn/Cu界面元素扩散行为数值模拟

文中采用修正的嵌入原子势函数(modified embedded atomic method,MEAM)的分子动力学模拟,研究了无铅焊点中Cu_3Sn/Cu界面元素的扩散过程,对界面元素的扩散行为进行了分析计算,获得了界面各元素的扩散激活能,根据元素扩散的经验公式得出界面过渡区的厚度表达式.结果表明,扩散过程中主要是铜晶格中Cu原子向Cu_3Sn晶格中扩散.其中,铜晶格内原子以较慢的速率扩散,但可以深入Cu_3Sn晶格内部,Cu_3Sn中原子以较快的速率扩散,但难以进入铜晶格内部.结合阿伦尼乌斯关系和爱因斯坦扩散定律,计算得到界面处铜晶格原子的扩散激活能为172.76 k J/mol,界面处Cu_3Sn晶格中Cu原子扩散激活能为52.48 k J/mol,Sn原子扩散激活能为77.86 k J/mol.