锡青铜带C5111热浸镀锡的IMC层研究

文章以锡青铜C5111高精度带材的热浸镀锡生产实践为例,采用扫描电镜研究了冷却强度、热镀温度、锡液成分对镀层及IMC层薄厚的影响和工艺控制方法,分析了IMC层厚度对抗高温老化性能的影响。

时效时间对Sn-0.7Cu-xNi钎焊接头界面IMC生长行为和拉伸性能的影响

研究了不同时效时间下Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Ni钎焊接头界面IMC的生长行为和拉伸性能的演变规律。结果表明,Cu/Sn-0.7Cu/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu接头的界面IMC层厚度均随时效时间的增加而增加,适量添加Ni颗粒可以有效抑制该层的长大趋势;两种接头的抗拉强度均随时效时间的增加呈下降趋势,断裂形式由焊后的韧性断裂转变为脆性断裂;对这两种接头进行对比发现,适量的Ni颗粒可以使钎焊接头在获得较高抗拉强度的同时仍保持较好的塑形性能。

退火态CFR镁/铝复合板界面形貌与力学性能研究

通过对波-平轧制镁/铝复合板进行退火处理,研究了退火温度和退火时间对镁/铝复合板界面微观组织和力学性能的影响规律。结果表明, 200℃/30 min退火平直镁/铝复合板新结合界面生成薄的Mg_(17)Al_(12)相扩散层,这可以促进界面冶金结合,提升界面结合强度。当250℃/30 min退火时,新结合界面迅速扩展,进一步形成由Mg_(17)Al_(12)相和Mg_(2)Al_(3)相共同构成的IMCs层。当退火温度升高到300℃时,界面整体形成连续分布的IMCs层,退火温度越高或退火时间越长, IMCs层厚度越大。高温退火处理时,强塑性变形可以加速波谷位置界面原子间的扩散,导致同种化合物波谷位置的生长激活能小于波峰位置,从而造成波谷扩散层厚度大于波峰。退火态镁/铝复合板弯曲测试后,界面无分层、基体无脱落。随着退化温度的升高,平直镁/铝复合板高温拉伸抗拉强度下降,而断裂伸长率增加。

冷喷涂Zn中间层对Mg/Al异种金属超声波焊接性能的影响

Mg/Al异种金属超声波焊接(USW)是当前研究的热点问题,但在焊接过程中形成的金属间化合物(IMC)导致接头强度较低。为提高接头强度,预先利用超音速冷喷涂技术在Mg板表面喷涂Zn粉作为中间层,后进行超声波点焊试验,分析了接头的微观组织和力学性能。研究表明:无中间层接头界面出现了大量的Mg-Al系金属间化合物Al12Mg17,含Zn中间层接头界面中存在延性金属间化合物MgZn2。Zn中间层有效阻止了Mg/Al相互扩散,抑制了Mg-Al系IMC的生成,提升了接头的性能,与无中间层接头相比,最大拉伸剪切载荷提升11.5%,剥离强度提升了29.5%。

添加Ni中间层镁/钢激光熔钎焊接头的组织和性能

通过添加0.1 mm的Ni片,对AZ31B镁合金板和Q235低碳钢进行激光熔钎焊搭接试验,分析添加Ni中间层后接头的宏观形貌、元素分布与微观组织和力学性能。结果表明:添加Ni中间层的熔钎焊接头焊缝成形良好。焊缝由镁侧焊缝、金属间化合物(IMC)层、钢侧焊缝组成。根据元素分布发现,加入Ni中间层后,在IMC层出现Mg元素向下、Fe元素向上扩散的现象。进一步研究发现,接头镁侧焊缝主要由α-Mg+β-Mg_(17)-Al_(12))组成;IMC层由Mg_(2)Ni、AlNi相和(α-Mg+Mg_(2)Ni)共晶组织组成;钢侧焊缝由Fe-Ni固溶体组成。其中,IMC层中的树枝状的Mg_(2)Ni有机械咬合的作用,AlNi相对熔钎焊接头具有强化作用,使接头的力学性能提高。随着线能量的增加,接头拉剪强度σ_(b)呈现出先增大后减小的趋势。当P=1250 W、v=20 mm·s^(-1)、线能量Q=625 J·cm^(-1)时,添加Ni中间层的镁/钢焊接头的σ_(b)最高,达到198 MPa。

ZnO纳米颗粒对Cu(Mo)/Sn-3.0Ag-0.5Cu-xZnO焊点界面IMC生长行为的影响

采用F4N回流炉制备了0.5wt%和1.0wt%两种ZnO纳米复合钎料Cu(Mo)/Sn-3.0Ag-0.5Cu的焊点。在170℃对焊点进行不同时间(0、48、96、144、192和240 h)的等温时效处理。采用SEM对焊点界面形态进行分析。结果表明随着时效时间的增加,界面形态由间断的扇贝状演化为连续的扇贝状。相同时效时间下,0.5wt%ZnO纳米复合钎料的界面金属间化合物(IMC)层较1.0wt%ZnO复合钎料的界面平缓,界面IMC的扩散系数随着ZnO含量的增加而增大,分别为5.44×10^(-18)m^2/s和8.03×10^(-18) m^2/s。探明了ZnO纳米颗粒阻碍界面IMC层生长的机理。

细间距DRQFN器件的返修工艺

QFN具有优异的电性能、热性能以及尺寸小和轻薄化的特点,广泛地应用于各领域电子产品中。针对细间距双排QFN(DRQFN)器件返修成功率低的问题,提出了双面预上锡的返修方法,并对返修后的焊透率进行测定,对焊点进行金相分析。试验结果表明,通过这种方法返修的焊透率在85%以上,焊点与母材连接处的金属间化合物(IMC)层厚度适中。

射频隔离器高功率密度负载焊接可靠性

射频隔离器大功率密度负载在工作时,需要承受功率信号带来的温度冲击。良好的负载焊接质量可以提高负载的可靠性,负载焊接的可靠性又直接影响隔离器的可靠性,因此深入研究负载焊接机理十分必要。首先对极限工作条件下针对隔离器不同厚度IMC层进行热-力耦合仿真分析和可靠性预估,然后从原材料、印锡工艺、焊接方式三方面分析其对焊接风险的影响。结果表明,通过对焊接工艺进行优化,IMC层连续、致密、均匀,空洞率低于20%;可靠性试验结果表明,未出现打火、击穿现象,负载未出现裂纹;同时电性能无异常,满足性能指标要求。

Cs对铝/钢激光熔钎焊接头组织及性能的影响

以无Cs型和含Cs型AlSi12药芯焊丝为填充金属,进行6061铝合金和Q235钢激光熔钎焊试验研究,用光学显微镜、扫描电子显微镜对熔钎焊接头的宏观形貌、微观组织进行分析,探讨药芯焊丝中Cs元素对AlSi12焊丝在钢表面的润湿铺展性能、接头微观组织及拉伸性能的影响。研究结果表明,药芯焊丝中加Cs元素,大大提高了熔融的焊丝在母材背面的润湿铺展性能,从而获得饱满美观的铝合金/钢激光熔钎焊接头形貌。Cs元素通过冶金反应过渡进入铝合金/钢焊接接头中,一定程度上阻碍了Al,Fe之间的反应,降低了接头界面反应层的金属间化合物层(IMCs)厚度,但是略微降低了接头的抗拉强度。

钎焊工艺对Au-Sn/Ni焊点组织及力学性能的影响

通过回流焊技术制备Au-Sn/Ni焊点,通过扫描电子显微镜和能谱检测分析钎焊接头的微观组织及其相组成,利用疲劳试验机对焊点的剪切强度进行检测,研究不同钎焊工艺对Au-Sn/Ni焊点组织和力学性能的影响。结果表明,在310℃钎焊1 min的Au-Sn/Ni焊点经过水冷或空冷后,焊料内部均形成镶嵌有离散分布的(Ni,Au)_3Sn_2相的(Au5Sn+Au Sn)共晶组织,焊料/Ni界面处形成(Ni,Au)_3Sn_2金属间化合物(intermetallic compound,IMC)层;钎焊后炉冷的焊点,由于冷却速度过慢,导致焊料中Ni质量分数增大,(Ni,Au)_3Sn_2相异常长大消耗共晶组织中的(Au,Ni)Sn相,焊料共晶组织消失。随着钎焊时间的延长,基板中的Ni原子不断往焊料扩散,界面处的IMC层厚度均有不同程度的增加。随钎焊时间延长焊点的剪切强度逐渐下降,而剪切断裂模式为脆性断裂,发生在焊料与金属间化合物层的界面处。Au-Sn/Ni焊点在310℃下钎焊1 min,并采用水冷方式时得到的力学性能最佳。

通孔器件焊点产生环圈现象的分析研究

主要针对通孔器件焊点在焊料上出现"环圈"的异常现象进行描述。关于出现该现象的焊点是否为合格焊点,目前还没有标准规定。通过分析该现象焊点产生的原因,并通过对焊点进行金相分析加以验证,从而对该现象的焊点是否为合格焊点进行讨论。

SMT电子组件及焊点的失效判定与切片金相分析

在当前的SMT日常生产与品质管理中，如何从电子组件（PCBA）及焊点扑朔迷离的失效问题中，快速而准确地找到缺陷位置并做出正确判定，是品质与工程技术人员的重要工作和技能。而SMT工艺和电子封装技术的进步，元器件的引脚或焊端的微小型化，以及某些隐藏于封装体下方的焊点，由于不便于直接目视检查等问题，无疑增加了生产品质和失效分析的困难度。比如细问距的BGA／CSP等类似器件的失效分析与不良判定，需要更高阶的分析仪器和分析方法。电子组件及焊点的失效分析，是获取失效机理与原因从而进行客诉对策和改善的基本手段，只有熟练掌握并运用这些技术比如金相微切片（CrossMicro-section）分析等，才能及时获得产品的改进依据。

熔融状态下共晶SnBi钎料的电迁移特性

研究电流密度为1.5×104A/cm2时,共晶SnBi焊点的微观组织的演变。试验过程中应用MicroviewMVC2000图像采集卡对焊点形态的变化进行实时监控。通电仅110s,焊点的局部区域开始熔化;130s后达到完全熔融的状态。结果表明:通电10min后,焊点的阳极附近形成了大量的块状Bi相,而在阴极则以细条形的Bi相为主。然而抛光后发现,阴极和阳极的微观组织保持一致,钎料基体内出现了大量的Bi的小颗粒形成的聚集,阴极界面出现了空洞。通电30min后,共晶组织的均匀分布已经被打乱。阳极附近出现了Bi的聚集,而且阳极界面的IMC层比阴极界面的IMC层厚。

AZ31Mg/6061Al超声波焊接及其界面性能分析

镁和铝合金在现代工业中应用越来越广泛,但是其焊接性能差。超声波焊接作为一种固态连接方法在焊接镁铝异质合金方面具有其优越性。研究不同焊接工艺参数组合对AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接界面性能的影响机制。采用正交试验结合回归分析建立回归方程并优化设计AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接参数;利用显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、 X射线衍射仪(XRD)和3D景深显微分析等研究了接头的界面反应行为和结合性能。结果表明:在最佳参数下(功率WP=1400 W,时间t=700 ms,压力WF=1145.11 N)接头实现有效结合,连接面出现机械互锁并伴有少量不连续的金属间化合物(IMC)层,拉伸时失效形式为具有一定延性的Al侧断裂,拉剪力达1007 N;在高频振动和高应变率作用下加速了界面元素的互扩散速率;当焊接参数为功率WP=1600 W,时间t=900 ms,压力WF=1145.11 N时IMC层厚度达23μm;这种连续的IMC层由Al12Mg17和Al3Mg2两种脆性相组成,析出顺序为Al12Mg17, Al3Mg2,其中Al3Mg2具有更快的长大速度。IMC层是降低Mg/Al异质接头综合机械性能的主要因素。

镀镍多壁碳纳米管对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料焊点界面行为的影响

采用机械混合法制备了不同含量(0、0.05、0.1、0.2、0.5wt%)镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs)复合Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)无铅钎料。采用F4N回流炉对SAC305-x(Ni-CNTs)钎料进行回流焊,利用电热鼓风干燥箱对焊点试样进行170℃时效(t=0、48 h)处理。结合DTA、SEM、EDS等分析手段研究了不同镀镍碳纳米管含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性、熔点和焊点界面金属间化合物(IMC)层的影响。结果表明:Ni-CNTs可以显著改善钎料的润湿性,降低钎料熔点;此外,Ni-CNTs可以有效抑制界面IMC层的生长,同时改变界面IMC组成。综合比较得出Ni-CNTs最佳添加量为0.05%,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,润湿角降低49.76%,熔点降低0.331℃;时效后界面IMC层厚度4.292μm(t=0 h)、5.238μm(t=48 h)相对于SAC305钎料界面IMC厚度6.529μm(t=0 h)、8.255μm(t=48 h)分别降低了34.26%(t=0 h)、36.55%(t=48 h),界面IMC层相组成转变为(Cu_(1-x)Ni_(x))_(3)Sn_(5)和(Cu_(1-x)Ni_(x))_(6)Sn。