SnCu和SnAgCu系无铅焊料的氧化行为研究

SnCu和SnAgCu系无铅焊料在熔化及波峰焊过程中会产生锡渣,影响焊料的流动性、润湿性等,最终影响焊料的使用。选取市场上常见的SnCu和SnAgCu系无铅焊料产品,在270℃进行喷流氧化实验。通过对原始的焊料组成以及氧化实验获得渣样的物相和元素组成进行分析来研究杂质元素对系列无铅焊料抗氧化性性能的影响。结果表明,氧化实验后,Al、Ca、Fe和Si等亲氧元素会在渣中富集,从而降低无铅焊料的抗氧化性能。

SnAgCu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的组织及剪切强度变化

研究了 ＳｎＡｇＣｕ／Ｃｕ和 ＳｎＡｇＣｕ／Ｎｉ－Ｐ／Ｃｕ表面贴装焊点在时效和热循环过程中的微结构及剪切强度的变化结果表明， ＳｎＡｇＣｕ与 Ｃｕ的反应速率大于其与 Ｎｉ－Ｐ的反应速率．经长时间时效后， ＳｎＡｇＣｕ／Ｃｕ焊点中 ＳｎＡｇＣｕ与 Ｃｕ的界面成为弱区，而 ＳｎＡｇＣｕ／Ｎｉ－Ｐ／Ｃｕ焊点的剪切断裂则发生在 Ｎｉ－Ｐ与 Ｃｕ的界面．热循环过程中两种焊点均产生裂纹且强度下降．长时间热循环后 Ｎｉ－Ｐ与 Ｃｕ分层脱开， ＳｎＡｇＣｕ／Ｎｉ－Ｐ焊点失去强度．

工艺条件对气雾化制备SnAgCu合金粉末特性的影响

采用紧耦合气雾化法制备SnAgCu无铅焊料合金粉末，研究雾化压力和熔体过热度对粉末粒径和形貌的影响。采用干筛筛分法对所制备的粉末进行分级，采用激光粒度分析仪和扫描电镜分别对粉末的粒径、形貌和微观组织进行表征。结果表明：当雾化压力为0．7MPa、熔体过热度为20-30℃时，制备的无铅焊料合金粉末中值粒径为40．10μm，颗粒表面光洁、球形度高；当过热度为20-30℃、雾化压力由0．7MPa增大至2．5～3．0MPa时，粉末中值粒径由40．10μm减小至32．22μm，颗粒表面缺陷明显增多：当雾化压力为0．7MPa、熔体过热度由30℃提高至50℃时，粉末粒径仅略微减小，但球形度明显降低；气雾化快速冷凝产生富Ag和Cu相，且富Ag和Cu相弥散分布在Sn基体内。

SnAgCuY系稀土无铅钎料显微组织与性能研究

研究了添加微量稀土Y对Sn3．8Ag0．7Cu钎料合金显微组织和性能的影响,通过对钎料的熔化温度、润湿性能、接头剪切强度的测试及显微组织观察,指出含微量稀土的SnAgCuY合金是性能优良的无铅钎料合金,同时确定了最佳的Y含量范围。

电子组装用SnAgCu系无铅钎料合金与性能

论述无铅钎料替代的紧迫性,综述无铅钎料的发展现状,特别讨论了以SnAgCu三元系合金为代表的无铅钎料的特点与优势。SnAgCu三元钎料合金在一个较大成分范围熔化温度都接近共晶温度,在SnAgCu钎料合金中添加微量La、Ce混合稀土,构成新的四元合金,既能保持SnAgCu钎料的优良物理性能及钎焊工艺性能,又能显著提高SnAgCu合金的抗蠕变性能及服役可靠性,同时钎料成本低廉,具有自主知识产权,在钎料的生产和使用上将免于国外专利的困扰,为国内钎料生产企业提供了有竞争性的无铅焊料合金。另外,采用微米／亚微米颗粒,可进一步增强无铅钎料的抗蠕变性能及组装接头的尺寸稳定性,可满足光通讯、宇航、汽车等电子设备制造的特殊要求。

RE含量及环境条件对SnAgCu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响

采用搭接面积为1mm2的微型接头,研究了Ce-La混合稀土(RE)含量和环境条件对Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料钎焊接头蠕变断裂寿命的影响。结果表明:添加微量RE可改变钎焊接头界面层金属间化合物的几何尺寸及形态,从而影响SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.1%时(质量分数,下同),焊点界面金属间化合物尺寸小且均匀,蠕变断裂寿命最长,为SnAgCu焊点蠕变断裂寿命的8.4倍,其值明显高于商用钎料Sn3.8Ag0.7Cu焊点的蠕变断裂寿命。在相同条件下,焊点的服役温度升高、应力增加,将导致焊点的蠕变断裂寿命下降。

电子组装用SnAgCu系无铅钎料的研究进展

SnAgCu钎料广泛应用在电子组装领域,被认为是传统SnPb钎料的最佳替代品。但与Sn63Pb37钎料相比,SnAgCu钎料抗氧化能力差,钎料内部及焊点界面存在脆性金属间化合物块及服役期间焊点抗蠕变、疲劳性能较低。添加合金元素和纳米颗粒可以显著改善SnAgCu钎料的组织和性能,提高焊点可靠性。这对发展新型高性能无铅钎料是一个行之有效的办法。本文结合国内外SnAgCu系无铅钎料的最新研究成果,全面阐述了合金元素和纳米颗粒等因素对钎料的润湿性、抗氧化性以及焊点显微组织和可靠性的影响,指明了该钎料目前研究中存在的问题及今后的研究方向。

P对Au／Ni／Cu焊盘与SnAgCu焊点焊接界面可靠性的影响

采用回流焊工艺在ENIG镀层印制电路板上组装289I/Os无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu球栅阵列封装器件,对封装后的电路板进行随机振动可靠性试验,采用X-Ray、SEM和EDX等测试确定焊点在随机振动试验过程中的失效机制,探讨焊点沿界面失效与镀层内P元素的分布和含量的关系。在振动试验中失效和未失效的BGA焊点与镀层界面表现出类似的微观形貌,Ni层因被氧化腐蚀而在焊点截面形貌上出现"缺齿"痕迹,而在表面形貌图上此呈现黑色的氧化腐蚀裂纹。P在镀层表面的聚集对Ni的氧化腐蚀有促进作用,同时P的聚集也明显降低焊点结合界面的机械强度。Ni层的氧化和Ni层表面P元素的聚集是引发焊点沿焊点/镀层结合界面开裂的主要原因。

Ag元素含量对SnAgCuX无铅钎料性能的影响

分析了SnAgCuX系无铅钎料中Ag元素含量的变化对熔化温度、润湿性能的影响,同时研究了时效前和高温时效后钎焊接头的抗剪强度和显微组织,其中X包含Ni,P和Ce三种元素.结果表明,添加微量X元素能够在一定程度上弥补SnAgCu钎料中Ag元素含量的降低引起的性能下降。X元素的添加对SnAgCu钎料的熔化温度影响不大,但能改善钎料合金的润湿性能,提高钎焊接头的抗剪强度,并抑制时效引起的接头强度下降。这与微量X元素的添加改善了钎料的显微组织和金属间化合物的形貌有很大的关系.

SnAgCuCe/Er无铅钎料表面锡晶须的形态及特性

在Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料中添加1%(质量分数)的稀土铈或铒会在其内部形成尺寸较大的稀土相CeSn3和ErSn3.暴露于空气中的CeSn3和ErSn3将发生氧化,同时在其表面会出现锡晶须的快速生长现象.文中研究了稀土相CeSn3与ErSn3表面锡晶须的生长行为.结果表明,在CeSn3与ErSn3表面形成了大量的传统圆柱状锡晶须,同时,在其表面还出现了一些特殊形态的锡晶须,如带纹状的锡晶须、扭曲状的锡晶须、变截面的锡晶须、锡晶须的分枝、合并及搭接现象等.

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料合金显微组织和性能的影响。试验发现,微量Er的添加,使Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金的熔化温度稍有降低,铺展面积有所增加,抗剪强度有所提高。通过显微组织观察,加Er后网状共晶物体积百分比增大,初晶金属间化合物(IMC)的尺寸变小。微量Er抑制了时效过程钎料与铜基体界面IMC层(IML)的增厚,时效400 h后差别更明显,有利于提高钎料接头的可靠性。指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金。

热循环条件下SnAgCu/Cu焊点金属间化合物生长及焊点失效行为

研究了热循环过程中SnAgCu/Cu焊点界面金属间化合物的生长规律及焊点疲劳失效行为。提出了热循环条件下金属间化合物生长的等效方程以及焊点界面区不均匀体模型,并用有限元模拟的方法分析了热循环条件下焊点界面区的应力应变场分布及焊点失效模式。研究结果表明:低温极限较低的热循环,对应焊点的寿命较低。焊点的失效表现为钎料与金属间化合物的界面失效,且金属间化合物厚度越大,焊点中的累加塑性功密度越大,焊点越容易失效。

Ni/P/Ce对SnAgCu抗氧化性能和结晶裂纹的影响

通过向Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)合金中添加微量的Ni,P和Ce元素,研究了各添加元素对合金钎料高温抗氧化性能和结晶裂纹的影响.结果表明,Ni元素的添加对钎料合金抗氧化性能没有很明显的改善,但明显地减少了合金表面结晶裂纹的总长度,抑制其产生;微量P元素的添加由于在合金钎料表面形成了复杂的致密新相,可以防止熔化钎料的表面直接与空气接触,明显改善了合金的抗氧化性能,但P元素的添加却增加了合金表面结晶裂纹的产生;Ce元素的添加恶化了钎料合金的抗氧化性,对合金表面的结晶裂纹抑制作用较小.

真空蒸镀硬脂酸包覆SnAgCu无铅焊料合金粉末研究

微细无铅焊料合金粉末易团聚和氧化,通过表面改性处理可提高其分散性及抗氧化性。本文以紧耦合气雾化法所制备的SnAgCu合金粉末为原料,采用真空蒸镀法对SnAgCu合金粉末进行包覆硬脂酸的改性研究,研究蒸镀温度、蒸镀时间等工艺条件对SnAgCu合金粉末改性效果的影响;采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对包覆后合金粉末的形貌及结构进行观测,采用X射线光电子能谱仪(XPS)和碳硫联测仪分别对包覆后粉末的光电子能量和C含量进行测试。研究结果表明:合适的真空蒸镀条件是蒸镀温度70℃,蒸镀时间12h,真空度低于1.6×10-2Pa,在此条件下可得到均匀致密、厚度为5～10nm的包覆层;硬脂酸包覆SnAgCu合金粉末遵循岛状生长机理,其包覆行为是物理吸附过程。

热循环作用下SnAgCu-CNT搭接焊点蠕变行为数值模拟

采用有限元方法分析了钎焊搭接SnAgCu-CNT焊点在125^-40℃温度循环载荷条件下的蠕变应变和应力分布。结果表明,经过4个温度循环周期后,SnAgCu-CNT搭接焊点发生了明显的剪切变形,产生了显著的上下表面相对位移。焊点的最大等效蠕变应变位于焊点与焊盘界面边缘沿长度方向上的中点处,最小蠕变应变位于焊点的中心处。有限元的计算结果与实际热循环试验的结果相一致。最大蠕变应变节点的蠕变应变和应力随时间变化的曲线呈现出明显的周期性和累积效应。

SnAgCuY钎料高温时效过程的显微组织演化

研究了无铅钎料合金Sn3.8Ag0.7Cu高温时效过程中显微组织,特别是金属间化合物(IMC)的演化规律,以及稀土Y的添加对其产生的影响。结果表明:在高温时效过程中合金内部组元发生扩散与重组,伴随着共晶组织的逐渐溶解,新的IMC在组织内部呈球形弥散析出。结晶初期形成的具有规则形状的较粗大的IMC逐渐发生解体,树枝状富Sn相逐渐取代共晶组织成为受腐蚀的对象。随着时效时间的延长,合金内部各组元的成分也在不断发生变化。

SnAgCu焊点界面金属间化合物的研究现状

SnAgCu系合金钎料是目前最有可能替代SnPb钎料的无铅钎料之一。其在回流焊过程中产生的界面金属间化合物是影响电子产品可靠性的重要因素。综述了SnAgCu钎料在Cu,Ni/Cu,Au/Ni/Cu衬底上回流焊后界面金属间化合物(IMC)的类型和产生过程,并对时效、热冲击、热循环过程中界面金属间化合物的形貌演变以及生长规律进行了评述。

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织与性能研究

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金显微组织和性能的影响,通过对钎料的熔化温度、润湿性能、接头剪切强度的测试及显微组织观察,指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金,同时确定了最佳的Er含量范围.

微量Ce对SnAgCu焊料与铜基界面IMC的影响

配制了w(Ce)为0.1%和不加Ce的两种Sn-3.5Ag-0.7Cu焊料。在443K恒温时效,研究Ce对焊料与铜基板界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果发现,焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效5d后,两种焊料界面均发现有Cu3Sn形成。随着时效时间的增加,界面化合物的厚度也不断增加。焊料中添加w为0.1%的Ce后,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长,生长速率降低近1/2。并且,界面IMC的形成与生长均由扩散机制控制。

SnAgCu钎料焊点电化学迁移的原位观察和研究

通过恒定电压条件下的水滴实验,对Sn-4Ag-0.5Cu钎料焊点的电化学迁移(ECM)行为进行了原位观察和研究。结果表明,树枝状的金属沉积物总是在阴极上生成,并向着阳极方向生长,在接触阳极的瞬间,发生短路失效。外加电压不超过2 V时,形成的沉积物数目往往比较少并且粗大。焊点间距的减少和外加电压的增加都会使得ECM造成的短路失效时间显著缩短。当钎料不能完全包裹焊盘或者焊盘局部位置上钎料的厚度很薄时,发生ECM的金属除了来自钎料焊点,还来自Cu焊盘;钎料中的Ag不发生迁移。