微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu_6Sn_5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明,钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随时效时间的增加,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%(质量分数,下同)的RE能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。

Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料时效焊点界面IMC研究

以Sn2.5Ag0.7CuxRE/Cu钎焊为研究对象,借助于扫描电镜和X衍射检测手段,研究了二硫化钼介质下时效焊点界面IMC组织结构特征及生长行为。实验结果表明:时效焊点界面Cu6Sn5IMC呈现由波浪状→扇贝状→层状的形态变化。焊点界面Cu6Sn5和Cu3Sn IMC的生长厚度与时效时间平方根呈线性关系,Cu6Sn5IMC具有较小的生长激活能、较大的生长系数。添加0.1%(质量分数)RE时,界面Cu6Sn5和Cu3Sn IMC的生长激活能最大,分别为81.74 kJ/mol和92.25 kJ/mol,对应焊点剪切强度最高。

微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-xAg钎料焊点组织和力学性能的影响

研究了微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu钎料焊点组织和性能的影响规律。研究结果表明:在Sn-0.7Cu中加入适量的Ag可以改善钎料的润湿性,但是当加入的Ag含量过高,反而会降低钎料的润湿性。当Ag含量为1%时,润湿性最好,铺展系数K为72.09%。增加Ag含量利于促进β-Sn/Cu6Sn5网状共晶组织的生成和非均匀形核反应的进行,细化β-Sn晶粒。当Ag含量为1%时,钎料焊点的抗拉强度最好,达到47.85 MPa。当Ag含量超过2%时,随着IMC层厚度的增加,焊点的抗拉强度逐渐降低。综合考虑,当Ag含量为1%时,钎料焊点的综合性能最好。

SnAg1.0Cu0.5对Ag30CuZnSn药芯钎料润湿性能及钎焊接头力学性能的影响

向Ag30CuZnSn药芯钎料药粉中添加SnAg1.0Cu0.5(SAC105)粉末,研究了不同SAC105含量对Ag30CuZnSn药芯钎料钎缝组织及钎焊接头性能的影响.结果表明,SAC105的加入可以显著提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能,随着SAC105的添加量增加,Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展面积增大.这主要是因为Sn元素的增加能显著降低钎料的熔化温度,从而增大液态金属的过热度,降低液态金属的粘度,增强液态金属的流动性,最终提高Ag30CuZnSn钎料在304不锈钢表面的润湿铺展性能. SAC105添加量为20%(质量分数)时,钎缝组织最细,主要由交织状的银基固溶体构成,相应的钎焊接头抗剪强度最大为453 MPa,提高了29.9%.

镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织和性能的影响

运用莱卡显微镜、扫描电镜和能谱分析等仪器设备,研究添加微量La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响。结果表明,La能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后的IMC的显微组织,钎料剪切强度提高10.9%;键参数函数计算结果表明La具有"亲Sn"倾向,可降低IMC的长大驱动力。

镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能影响

运用莱卡显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段,研究了稀土元素La的添加量对Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊接后微观组织及性能的影响。结果表明:添加不同含量的稀土La均能使钎料及其与Cu基体焊接后组织与性能得到改善,其中以w(La)达到0.05%时为最优,显微硬度及剪切强度分别提高14%和10.7%。键参数函数计算结果表明La具有"亲Sn"倾向,可细化钎料组织,降低IMC(界面金属间化合物)的长大驱动力。

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。

稀土镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响

运用莱卡显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器设备,研究添加不同含量稀土元素La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后微观组织及性能影响。结果表明:添加不同含量的稀土La均能使Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后组织与性能得到改善,其中以La含量达到0.05%时为最优,显微硬度及剪切强度分别提高14%和10.7%;基于热力学理论计算结果表明稀土元素La具有"亲Sn"倾向,可减小钎料中锡基化合物界面锡的活度,降低IMC的长大驱动力。

La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料界面组织和性能的影响

通过SEM和EDAX等,研究了La添加量对Sn3.5Ag0.5Cu钎料与Cu基体焊合界面IMC微观组织及性能的影响。结果表明:添加不同量的La均对Sn3.5Ag0.5Cu与Cu基体焊合后的组织有细化作用并增强其力学性能。其中以w(La)达到0.05%时最优,剪切强度可提高10.7%。材料热力学理论计算结果表明,La具有"亲Sn"倾向,添加少量La到Sn3.5Ag0.5Cu钎料中,可减小Cu6Sn5/Cu界面Sn的活度,降低IMC的长大驱动力。

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。

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。

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料钎焊接头显微组织与性能

采用粉末熔化法制备了镍粒子修饰的还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2. 5Ag0. 7Cu0. 1RE复合钎料,借助于扫描电子显微镜和X射线衍射,研究了Ni-rGO增强Sn2. 5Ag 0. 7Cu 0. 1RE复合钎料钎焊接头的显微组织与性能。研究结果表明:Ni-rGO增强Sn2. 5Ag0. 7Cu0. 1RE复合钎料与Cu基板可实现良好焊接。在钎焊温度270℃、钎焊时间240 s时,复合钎料钎焊接头剪切强度为29. 7 MPa,高于Sn3. 0Ag0. 5Cu钎料钎焊接头。随着钎焊时间的增加,钎焊接头剪切断裂机制呈现由以韧窝为主的韧性断裂向韧窝和解理组成的韧-脆混合断裂转变,断裂途径由钎缝和界面金属间化合物(IMC)层组成的过渡区向界面IMC方向移动。复合钎料钎焊接头钎缝区由β-Sn和共晶组织组成,界面IMC层由Cu6Sn5和新相(Cu,Ni)6Sn5组成。Ni-rGO增强Sn2. 5Ag0. 7Cu0. 1RE复合钎料钎焊接头的IMC厚度、粗糙度增加,界面IMC显微组织由扇贝状转变为锯齿状。

锌对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能的影响

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪等仪器设备,研究了添加元素Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能的影响。结果表明,Zn与Cu、Ag形成化合物AgZn、CuZn_3,能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织;添加元素Zn后的Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金的显微硬度提高11%,蠕变抗力也得到明显提高;运用键参数函数理论分析了Zn对Sn3.5Ag0.5Cu钎料合金微结构及性能影响的作用机理。

低银Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料合金的润湿特性

采用润湿平衡法,研究了水洗钎剂条件下Sn2.5Ag0.7CuxRE无铅钎料合金在1206片式元器件和Cu焊盘上的润湿特性。结果表明,添加0.1%(质量分数)稀土的Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金在1206表面贴装元器件和Cu焊盘上有最大的润湿力和铺展面积及最小的润湿角,润湿性最好,其润湿力优于商用的Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金,满足微电子连接用钎料对润湿性能的要求。

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。

快速凝固对Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金熔化与铺展特性的影响

采用单辊法制备了快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,通过DSC检测和铺展试验研究了快速凝固对Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金熔化与铺展特性的影响。结果表明:快速凝固态钎料熔化区间为6℃,较常态钎料小9℃;与常态钎料相比,快速凝固态钎料能够在较低温度(260℃)、较短时间(3min)实现速度更快、面积更大的铺展。

纳米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-xAg钎料组织及性能的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-x Ag钎料组织和性能的影响。结果表明：在Sn-0.7Cu钎料中加入适量的纳米Ag颗粒可以改善钎料的润湿性。当Ag含量为2%时,润湿性最好,铺展系数可以达到74.66%。添加微量的Ag增加了钎料的形核率,细化了钎料的微观组织。但是Ag含量过多时IMC层厚度大。当Ag含量为4%时,钎料的显微硬度最大,其焊点抗拉强度最大,焊点抗拉强度为55.69 MPa。当Ag含量为8%时,钎料的IMC层厚度最大,达到3.88μm,其焊点的抗拉强度最小。

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。

Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5Cu焊料合金显微组织、热性能和力学性能的影响

研究添加Bi和Sb元素对Sn−0.7Ag−0.5CU(SAC0705)焊料合金显微组织、热性能、极限抗拉强度、延展性和硬度的共同影响。结果表明,Bi和Sb的加入显著降低焊料的过冷度,细化焊料的β-Sn相以及扩大焊料的共晶区域。此外,焊料基体中SbSn相和Bi相的形成也影响焊料的力学性能。添加3%(质量分数)的Bi和3%(质量分数)的Sb后,SAC0705合金的极限抗拉强度和硬度从31.26 MPa和15.07 HV分别提高到63.15 MPa和23.68 HV。焊料合金的晶界强化、固溶强化和析出强化以及断裂机制的改变导致其延展性降低。