Ag-GNSs/Sn-Ag-Cu复合钎料焊点的润湿性能及界面生长特征研究

采用Ag涂覆石墨烯纳米片(Ag-GNSs)作为增强体,制备Sn-3.0Ag-0.5Cu-(Ag-GNSs)新型复合无铅钎料,然后在Cu基板上制备了钎料焊点,并进行了150℃不同时长的等温时效处理,研究了不同含量的Ag-GNSs对无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu的润湿性、Cu基板/钎料界面金属间化合物(IMC)生长特性的影响。结果表明,适量的Ag-GNSs可以显著地改善钎料的润湿性,当Ag-GNSs含量达到0.05wt%时润湿性最佳,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比润湿角降低了54.43%。随着等温时效时间的延长,IMC层厚度增大,其生长行为由扩散控制。Ag-GNSs的添加可以抑制IMC层的生长,当Ag-GNSs的含量为0.05wt%时扩散系数达到最小值2.356×10^(-18)m^(2)/s。在0~0.2wt%范围内,Ag-GNSs的最佳添加量为0.05wt%。

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-3.8Ag-0.7Cu-1.0Er无铅钎料中Sn晶须变截面生长现象

在Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料中添加质量分数为1%的稀土Er会在其内部形成尺寸较大的稀土相ErSn_3.暴露于空气中ErSn_3将发生氧化,同时在其表面会出现Sn晶须的快速生长现象.室温时效条件下,在氧化的ErSn_3表面会生长出少量的杆状Sn晶须,Sn晶须的截面尺寸会发生连续变化;高温时效条件下,在氧化的ErSn_3表面会生长出大量的针状Sn晶须,Sn晶须的截面尺寸会发生阶梯式变化.提出了ErSn_3氧化过程中体积应变能是一个变量的模型,可以解释观察到的现象.

合金元素Cr,Al对Sn-Ag-Cu基无铅钎料高温抗氧化和润湿性的影响

研究了少量合金元素Cr,Al对Sn-3.0Ag-0.5Cu(305)无铅钎料高温抗氧化性的影响。钎料在液态下的表面颜色变化以及热重分析表明,Cr,Al能明显改善305合金钎料的抗氧化性能。通过合金元素Cr,Al的抗氧化机制和X射线衍射分析得出:Al和Cr在钎料表面形成致密氧化膜,形成“阻挡层”,抑制了钎料的氧化。同时也比较了合金元素Cr,Al对305钎料润湿性能的影响,结果表明:单独加Al不利于钎料的铺展,少量的Cr和Al同时加入对钎料的铺展没有太大的影响。实验证实:Cr和Al的共同作用明显提高了Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料的高温抗氧化性,同时对钎料的润湿性也没有恶化作用。

粉末冶金工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料组织性能的影响

在低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金制备工艺设计基础上,研究了预压和烧结对钎料合金组织与力学性能的影响。研究结果表明:低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金工艺预压应力和烧结温度分别为160 MPa和210℃,均高于高熔点铜、铝合金的预压应力和烧结温度。与熔炼法相比,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度提高了15.5%。烧结会影响Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织形态,随烧结温度升高,初生β-Sn相组织比例升高。

Bi对Sn-0.8Ag-0.5Cu无铅钎料熔化特性和润湿性的影响

采用差示扫描量热仪和可焊性测试仪分析了Sn-0.8Ag-0.5Cu-xBi钎料的熔化特性和润湿性。结果表明,向Sn-0.8Ag-0.5Cu低银无铅钎料合金中加入适量Bi元素可显著降低合金的熔化起始温度和改善钎料的润湿性,当Bi质量分数达到3.0%时,熔化起始温度比原合金降低6.8℃,当Bi质量分数为2.0%时,最大润湿力达到最大值3.91mN。因此,添加适量的Bi可以同时达到降低低银钎料熔点和改善其润湿性的效果。

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织和润湿性能的影响

采用XJP-300型光学显微镜以及日立扫描电子显微镜S-3400N对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr无铅钎料的显微组织进行观察和分析,采用润湿平衡法,研究了钎料在Cu基板上的润湿性能。研究结果表明,微量稀土Pr可以改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织和润湿性能。当Pr的添加量约为0.05%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织得到最大程度的细化以及均匀化,同时钎料具有最大润湿力。在260℃的钎焊温度下,SnAgCu-0.1Pr的润湿力与SnAgCu钎料相比,提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。当Pr含量继续增加时,钎料中出现大块的稀土相。同时钎料的润湿时间增长,润湿性能变差。

Sn-xAg-0.7Cu无铅钎料润湿特性研究

采用润湿平衡法,研究了Ag对真空下制备的Sn-xAg-0.7Cu无铅钎料的润湿性能的影响。结果表明:Sn-2.5Ag-0.7Cu钎料具有较高的润湿力、较大的铺展面积及较小的润湿角,可满足电子连接的需要。

铅对Sn3.5Ag0.5Cu合金钎料性能的影响

利用显微硬度计、差热分析仪等仪器设备,研究了铅对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金性能的影响。实验结果表明,铅对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金性能有较大的影响,添加铅后,Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金熔化温度下降了8%;钎料合金的润湿性得到改善;当w(Pb)达到0.5%时,Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金显微硬度显微硬度值最大,达到21.5HV之后快速下降。

Ag含量对Sn-Ag-Cu无铅钎料显微组织和性能的影响

采用金相分析、拉伸试验和动电位极化法，研究了Ag含量变化对sn-Ag—cu无铅钎料显微组织、力学性能和耐腐蚀性的影响。试验结果表明：Sn-0．5Ag-0．7Cu无铅钎料显微组织中的金属间化合物（IMC）颗粒较粗大，其抗拉强度最低，随着Ag含量的增加，钎料中sn—Ag—cu三元网状共晶组织数量增加，钎料中β-Sn晶粒尺寸逐渐变小；Ag含量在0．5％～3．5％时，随着Ag含量的增加，钎料的抗拉强度逐渐提高，而断后伸长率逐渐下降；随着Ag含量的增加，钎料的腐蚀电位逐渐提高，即增加钎料中Ag的含量可以提高钎料的耐腐蚀性能。

Sn-0.7Cu-xAg-yBi无铅钎料润湿性试验

为降低Sn-Ag-Cu系无铅钎料中Ag的含量以减少钎料的成本,对Sn-xAg-0.7Cu(x=0.5,1.0,1.5,3.0)及Sn-0.5Ag-0.7Cu-yBi(y=1,3,5)无铅钎料在不同钎焊温度和不同钎剂活性条件下,进行了钎焊润湿性试验,分析了不同Ag含量、Bi含量对润湿性的影响。试验结果表明:在Sn-Ag-Cu系无铅钎料中,随着Ag含量的降低,钎料的润湿性降低;随着Bi含量的增加,钎料的润湿性提高。

新型Sn-Ag-Bi-Cu-In系无铅钎料合金研究

通过正交试验设计形成Sn-Ag-B i-Cu-In系无铅钎料合金,并对钎料合金的熔化温度、可焊性、密度及剪切强度等进行研究。研究发现,Sn-Ag-B i-Cu-In系钎料合金熔化温度接近传统的熔化温度,固-液温度差小;钎料密度约为传统Sn63Pb37的87%;试样铺展面积为72.02mm2,与Sn63Pb37焊锡的铺展面积76.85 mm2非常接近;钎料的剪切强度远大于传统Sn63Pb37钎料的剪切强度,其断裂形貌为沿晶脆断。

时效处理对Sn-XAg-0.7Cu无铅钎料显微组织和力学性能的影响

研究了时效处理对Sn-Ag-Cu无铅钎料显微组织的影响,结果表明:时效处理50 h后,钎料中的β-Sn初晶和IMC(金属间化合物)颗粒长大;经过100 h时效后,钎料中β-Sn初晶晶界消失;当时效时间达到200 h后,钎料组织中出现了粗大颗粒的IMC,这些粗大颗粒的IMC呈近邻分布。对钎料的力学性能测试表明:时效处理50 h后,钎料的抗拉强度和断后伸长率明显降低,钎料中Ag含量越高,钎料抗拉强度降低的幅度越大;当时效时间达到100 h后,钎料的抗拉强度没有显著变化。

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。

Sn-Ag-Cu无铅焊料的发展现状与展望

Sn-Ag-Cu系无铅焊料由于具有良好的焊接性能和使用性能,已逐渐成为一种通用电子无铅焊料;综述了Sn-Ag-Cu系焊料从无到有、从二元发展至三元乃至多元的发展历程,及其研究现状和当前应用较多的几个典型成分的各自应用水平,对当前Sn-Ag-Cu系焊料的熔化温度、润湿性、组织结构和力学性能研究方面以及存在的超电势问题、抗氧化和抗腐蚀性不足、使用的可靠性等主要问题作了总结,并根据国情对其在国内外的发展前景作了预测和展望,提出在发展无铅焊料过程中需要着重注意研究的几个方面,并指出今后较长一段时间内不会出现某一种无铅焊料能像Sn-Pb系那样独断电子封装行业的状态。

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。

添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金性能的影响

通过试验研究了添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金在Cu表面的润湿性、焊点剪切强度、抗蠕变性能与组织的影响。结果表明，当添加量较低时，Ag能够改善Sn-9Zn合金熔体对Cu的润湿性和焊点剪切强度，而添加量较高时Ag则会使它们降低；就焊点润湿性和剪切强度而言，最佳Ag含量（质量分数）为0．30％～0．60％。Ag的添加能显著提高Sn-9Zn合金体材的抗蠕变性能。显微分析表明，在含Ag合金中形成了弥散分布、尺度为微米级的Ag—Zn化合物颗粒，这可能是合金得到强化的原因。

微量元素改性Sn-0.7Cu系无铅钎料的研究进展

微量元素改性Sn-0.7Cu系无铅钎料的性能有所提高,添加的微量元素主要有Ni、Ce、P和Ge等,重点介绍了微量元素的添加对钎料显微组织和性能的影响。该系无铅钎料的润湿性能和一般力学性能仍与传统的SnPb钎料具有一定的差距。因此,寻找恰当的微量元素,开发出具有综合性能优良的Sn-0.7Cu系无铅钎料将成为未来无铅钎料的重要研究方向之一。