Ni-Cu泡沫/Sn-9Zn复合焊料超声钎焊蓝宝石/Al合金接头的组织及性能研究

为实现蓝宝石玻璃和Al合金的低温钎焊连接,采用Ni-10wt%Cu合金泡沫强化Sn-9wt%Zn复合焊料(NiCu-Sn9Zn)超声钎焊蓝宝石/Al合金异质母材,重点研究了钎焊温度及超声振动时间对接头冶金反应行为及力学性能的影响。结果表明,蓝宝石/NiCu-Sn9Zn/Al接头的钎缝层由Sn基体、棒状η-Zn相、α-Al颗粒、合金骨架及其表面的Al3Ni金属间化合物(Intermetallic compounds,IMC)层组成,合金骨架、α-Al颗粒和棒状η-Zn相在Sn-Zn共晶基体中任意排布。随钎焊温度的升高及超声振动时间的延长,接头内冶金反应相逐渐增加,钎缝组织更加均匀致密,α-Al颗粒数量显著增多,弥散强化作用显著。剪切测试结果表明,随温度的升高及钎焊时间的延长,蓝宝石/Al接头剪切强度逐渐提高,300℃超声钎焊90 s所得接头剪切强度最高,可达61.49 MPa。

Sn-9Zn无铅焊料合金凝固组织及其在时效中的演变

为了考察Sn-9Zn无铅焊料合金凝固组织及其在时效中的演变,制备了不同冷却条件及不同熔体过热度下Sn-9Zn/Cu焊点,并利用扫描电镜和光学显微镜观察了其组织形貌.观察发现:共晶组织随冷却速率提高而显著细化;同时,随炉缓冷凝固时合金形成完全的层片状共晶组织,而空冷和喷水冷却条件下合金除层片状共晶组织外,还形成了杆状富锌相.实验结果还表明,熔体过热度对出炉空冷合金的共晶组织有显著影响,较高的熔体过热度使共晶组织更细密.在空冷合金的时效过程中,杆状富锌相趋于逐渐溶解消失,90℃时效时还发生了共晶组织的显著粗化.

微量RE和Al对Sn-9Zn焊料组织与性能的影响

采用正交试验研究了微量RE和Al对Sn-9Zn无铅焊料电导率、硬度、润湿性及微观组织的影响,并与传统锡铅焊料进行了对比。Sn-9Zn焊料的电性能及力学性能优于传统锡铅焊料,但润湿性较差。添加微量RE和Al可以显著提高Sn-9Zn合金铺展率、细化组织,且不降低焊料电导率和力学性能,最佳w(RE)和w(Al)分别为0.05%和0.10%,铺展率达到61.98%,与Sn-9Zn相比提高了13.40%,硬度为20.90HB,电导率为8.15×106S/m。

Sn-9Zn合金无铅钎料用助焊剂研究

通过测量润湿面积和润湿角,研究不同助焊剂对Sn-9Zn焊料润湿性的影响。结果表明:助焊剂对Sn-9Zn焊料润湿性影响很大,由乳酸、聚乙二醇和SnCl2所构成的助焊剂与Sn-9Zn焊料有很好适应性;同时扫描电镜和能谱分析也表明焊料与Cu基体界面的IMC为Cu5Zn8相,比Sn-37Pb焊料具有更高的剪切强度。

无铅焊料Sn-9Zn-xLa的制备及性能

采用粉末冶金技术成功制备了La含量为x（其中x=0．1％～0．5％）的无铅焊料Sn-9Zn—xLa，应用DTA，SEM，XRD等技术分析了焊料的熔点，形貌，微结构，成分，焊料与Cu基板的粘附性等性能，并获得这些性能随La添加量而变化的规律．研究表明：添加微量稀土元素La能较大程度的改善无铅焊料润湿等方面的性能，Sn-9Zn—xLa有望替代传统PbSn合金，成为微电子器件封装焊接材料．

微电子封装无铅焊料润湿性研究

为解决无铅焊料润湿性差的问题,采用卤化物活性剂松香焊剂,通过实验研究了Sn-9Zn焊料的润湿性。分析讨论了影响Sn-9Zn焊料润湿性的因素,获得了最佳匹配。在镀锡铜片上,有机卤化物+无机卤化物活性剂松香焊剂(#6焊剂)匹配Sn-9Zn焊料获得最佳的润湿性(润湿角为12°),接近Sn-37Pb焊料的润湿性。

Sn-9Zn/Cu焊点界面金属间化合物层结构研究

研究了过热度、冷却速率和时效处理对Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的形成及厚度的影响,并与同等条件下的Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu和Sn-37Pb/Cu界面作了比较。通过XRD、SEM及EPMA等检测发现,在Sn-9Zn/Cu界面上形成的金属间化合物可分为2层:近Cu侧的Cu-Zn化合物层和近焊料侧的Cu-Zn-Sn化合物层,同时在2层化合物的分界面上还检测出了大量的O。试验还发现,熔融过热度和冷却速率对焊料/Cu界面上金属间化合物的厚度有较大影响,随着熔融保温温度的升高和冷却速率的下降,厚度增加,且Sn-9Zn/Cu和Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu界面受熔融过热度和冷却速率的影响比Sn-37Pb/Cu界面大。在250℃+空冷的时效过程中,由于界面上Cu-Zn化合物层分解和Cu-Zn-Sn化合物层生长相互竞争,导致Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的厚度变化无明显规律。