温度梯度下Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点热迁移及界面反应行为

探究了焊点平均温度为110℃(时效)及180℃(回流)时,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点在温度梯度作用下的原子热迁移行为及界面反应行为.结果表明,在时效过程中,因Bi相的网状结构,Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点冷、热两端界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)呈现对称性生长.在温度梯度为1000℃/cm时,未发生明显的Bi原子迁移现象,但当温度梯度达到或超过1300℃/cm时,Bi原子会由热端向冷端界面迁移,并在冷端界面处偏聚.在回流过程中,温度梯度驱动Cu原子由微焊点热端向冷端界面迁移,导致两端界面IMC呈非对称性生长,而并未发现Bi原子的热迁移行为.因此,当Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中钎料呈液态时,温度梯度仅驱动了Cu原子的热迁移,并未致使Bi原子发生热迁移;当钎料呈固态时,在较低温度梯度下Cu和Bi原子均不发生明显的热迁移,但较高的温度梯度会引发Bi原子的热迁移.

含碳纳米管的Sn-58Bi钎料的制备及其钎焊性

采用球磨—低温冶炼法制备了不同碳纳米管含量的Sn-58B i-CNTs钎料,借助SEM,EDS和DSC等分析手段研究了碳纳米管在钎料合金中的形态以及碳纳米管对Sn-58B i合金焊点拉脱强度的影响.结果表明,经过钎料低温冶炼后,碳纳米管能够部分加入到Sn-58B i合金中形成复合钎料;Sn-58B i-0.03%CNTs复合钎料在焊盘上的润湿性得到了提高,且微量碳纳米管的加入对钎料熔点的影响不大;碳纳米管在焊点中弥散分布使钎料的组织得到细化,并通过对焊点微观断裂机制的影响,提高焊点的可靠性.

稀土改性的Sn-58Bi低温无铅钎料

研究了微量稀土对Sn-58Bi低温钎料的改性作用。试验添加质量分数为0.1%Ce组混合稀土的无铅材料,并对比Sn-58Bi和Sn-58Bi0.5Ag合金。观察了钎料显微组织的变化并做了定量分析,采用DSC测试了钎料的熔化温度,同时测量了钎料的润湿性能、接头强度与硬度。结果表明,微量稀土添加细化了Sn-58Bi钎料合金的显微组织,对钎料的熔化温度几乎没有影响,能显著改善Sn-58Bi钎料的润湿性能和接头剪切强度,而且改善的程度优于添加微量Ag对Sn-58Bi钎料的作用。

凝固条件和应变速率对Sn-58Bi钎料拉伸性能和断裂行为的影响

研究了熔炼制备的Sn-58Bi无铅钎料于水冷、空冷、炉冷三种方式冷却后在应变速率0.001,0.002,0.004 s?1下的拉伸性能和断裂行为.结果表明,水冷和空冷钎料共晶组织细小,尤其是空冷钎料共晶组织更为均匀,而炉冷钎料共晶组织粗大且偏析严重.随着应变速率增大,三种钎料抗拉强度均提高而断后伸长率均变小.炉冷钎料组织偏析导致硬脆富Bi相聚集,抗拉强度最大,但断后伸长率极低,为典型的脆性断裂;水冷和空冷钎料的均细共晶组织显著提高了钎料断后伸长率,具有更均匀共晶组织的空冷钎料断后伸长率最大,呈现韧性或韧脆性混合断裂.

超细氧化物颗粒对Sn-58Bi钎料组织及性能影响

研究了分别添加1%Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2超细粉末对Sn-58Bi共晶钎料的润湿性、钎焊接头微观组织及力学性能影响.结果表明,氧化物粉末的添加对钎料熔点影响不大,但钎料润湿性及钎焊接头剪切强度明显提高;明显细化钎焊接头基体组织及界面金属间化合物颗粒大小,并且界面金属间化合物层厚度也有一定减薄;另外,可抑制钎焊时焊点表面Bi的氧化,因此焊点表面光亮度也有明显提高.

碳纳米管增强Sn-58Bi无铅钎料焊点抗蠕变性能研究

研究了Sn-58Bi钎料和Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料焊点在不同温度、应力和电流密度下的抗剪切蠕变性能。结果表明:随着温度、应力和电流密度的逐渐增加,Sn-58Bi钎料和Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料焊点的抗蠕变性能均逐渐降低。添加碳纳米管(CNTs)后,复合钎料焊点的稳态应变速率均降低。添加CNTs可以提高焊点的抗蠕变性能。

石墨烯纳米片对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响

文中通过粉末冶金法在Sn-58Bi钎料中添加不同质量分数的石墨烯纳米片(GNSs),以分析GNSs含量对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响.结果表明,添加GNSs,对Sn-58Bi钎料熔点无明显影响;随着GNSs添加量提高,Sn-58Bi钎料的密度和显微维氏硬度先升高后降低;通过对比添加质量分数为0.05%的GNSs前后Sn-58Bi钎料/铜基板钎焊接头抗剪强度发现,添加GNSs后,由于能够起到细晶强化和弥散强化两方面作用,从而使钎焊接头抗剪切断裂能力提高.

Cu/Sn-58Bi-xCe/Cu钎焊接头基体组织和力学性能的研究

研究了Ce对Cu/Sn-58Bi/Cu钎焊接头显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:Ce颗粒的添加可有效细化钎料基体组织,当Ce添加量为0.5wt%时,组织最为细小弥散,具有较小的Sn-Bi两相片层间距;铺展系数随Ce含量的增加而表现出先上升后下降的趋势,Sn-58Bi-0.5Ce钎料表现出较好的铺展性能;Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头在获得最佳抗拉强度的同时,仍表现出较好韧性;Ce的最佳添加量为0.5wt%。

Cu/Sn-58Bi/Ni焊点液-固电迁移下Cu和Ni的交互作用

采用浸焊方法制备Cu/Sn-58Bi/Ni线性焊点,研究5×103 A/cm2、170℃条件下液-固电迁移对Cu/Sn-58Bi/Ni线性焊点Cu、Ni交互作用以及界面反应的影响。无论电流方向如何,在液-固电迁移过程中焊点均表现为"极性效应",即阳极界面金属间化合物(IMC)持续生长变厚,且一直厚于阴极界面的IMC。电迁移显著加快了Cu、Ni原子的交互作用。当电子由Ni流向Cu时,在化学势梯度和电子风力的耦合作用下,Ni原子扩散至阳极Cu侧参与界面反应生成(Cu,Ni)6Sn5类型IMC,同时一定量的Cu原子能够逆电子风扩散到Ni侧,参与界面反应生成(Cu,Ni)6Sn5类型IMC;当电子由Cu流向Ni时,大量的Cu原子扩散至Ni侧,并参与界面反应生成(Cu,Ni)6Sn5类型IMC,然而,Ni原子在逆电子风条件下无法扩散至Cu侧,从而使阴极Cu侧界面始终为Cu6Sn5类型IMC。此外,无论电流方向如何,焊点内都没有出现Bi的聚集。

Influence of rapid solidification on Sn-8Zn-3Bi alloy characteristics and microstructural evolution of solder/Cu joints during elevated temperature aging

The effects of rapid solidification on the microstructure and melting behavior of the Sn-8Zn-3Bi alloy were studied. The evolution of the microstructuraI characteristics of the solder/Cu joint after an isothermal aging at 150 ℃ was also analyzed to evaluate the interconnect reliability. Results showed that the Bi in Sn-8Zn-3Bi solder alloy completely dissolved in the Sn matrix with a dendritic structure after rapid solidification. Compared with as-solidified Sn-8Zn-3Bi solder alloy, the melting temperature of the rapid solidified alloy rose to close to that of the Sn-Zn eutectic alloy due to the extreme dissolution of Bi in Sn matrix. Meanwhile, the adverse effect on melting behavior due to Bi addition was decreased significantly. The interfacial intermetallic compound （IMC） layer of the solder/Cu joint was more compact and uniform. Rapid solidification process obviously depressed the formation and growth of the interfacial IMC during the high-temperature aging and improved the high-temperature stability of the Sn-8Zn-3Bi solder/Cu joint.

Sn-58Bi在镀镍层表面的焊接工艺

针对镀镍盒体表面易被氧化等原因导致可焊性下降,且可选无铅焊料Sn-58Bi焊膏的情况下,通过在空气中直接加热焊接、借助真空炉在无氧环境中焊接等方式,确认空洞率高与空气中氧气的存在无关。最终通过在焊接过程中另加自配的助焊剂,将焊接后的空洞率控制在5%以内,满足了焊接要求。

Sn-58Bi合金连续挤压过程中的组织及性能演变

采用连续挤压技术制备了Sn-58Bi合金丝,并对连续挤压过程中的组织及性能演变进行了研究。结果表明,在摩擦剪切变形区,Sn相沿变形方向被拉长,Bi相呈带状分布;镦粗区的Bi相呈粗大团状分布;粘着区开始发生动态再结晶,Bi相呈蔷薇状分布;直角弯曲挤压区发生完全动态再结晶,形成了细小的再结晶组织。在连续挤压过程中,Sn-58Bi合金的显微硬度总体呈上升趋势。合金丝的抗拉强度和伸长率均随着挤压比的增大而增大。研究表明Sn-58Bi合金的断裂主要是由Sn相和Bi相之间的相界分离和Bi相破碎引起的。

Al对Sn-58Bi无铅钎料组织及性能的影响

研究了在Sn-58Bi合金中添加少量Al后对合金性能、恒温时效焊点组织稳定性及接头界面处金属间化合物层生长的影响。研究结果表明:在80℃时Sn-58Bi合金具有稳定的组织结构,但超过100℃Bi相会异常粗化,导致合金性能变差。在100℃恒温时效试验中,Al能有效抑制Bi相的粗化,接头界面处IMC层的生长呈减缓趋势。随着Al含量的增加,Sn-58Bi-Al系合金的拉伸强度增大,铺展性有所降低。

固化剂对树脂基Sn-58Bi复合焊膏铺展性能的影响

以市售Sn-58Bi焊膏为研究对象,加入E51型环氧树脂,采用多种固化剂制备不同种类树脂基复合焊膏,对比分析不同种类复合焊膏的润湿铺展性能,并结合DSC和FT-IR检测方法探究了固化剂活性以及各组焊膏固化产物的官能团组成。研究表明:复合焊膏以间苯二胺为固化剂时,在常温保存4 h内已经固化;不加固化剂或添加593固化剂、651固化剂、甲基四氢苯酐固化剂时,在铺展过程中将发生不润湿或反润湿现象。三乙醇胺和DMP-30可以保持或促进焊膏润湿铺展。其中,三乙醇胺固化剂的添加使焊膏具有良好固化成型形貌的同时又使铺展面积增大了17.66%。DSC测试表明,固化剂活性过高会使焊膏铺展时产生不润湿现象。FT-IR分析表明,焊膏中原有胺类物质和羧酸类物质以及添加的加成型固化剂都会被固化反应消耗,使助焊剂活性降低,出现反润湿现象。叔胺类物质不会被固化反应消耗且能提高固化剂活性,故能抑制反润湿并提高润湿性能。

热循环对Sn-58Bi-xCNTs/Cu钎焊接头微观组织与力学性能的影响

研究了热循环对Cu/Sn-58Bi/Cu和Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头的微观组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)形貌、厚度变化及焊点抗拉强度和拉伸断口形貌的影响规律。结果表明,随着热循环周次的增加,钎料微观组织均出现了粗化现象,且在同一热循环条件下,Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头组织较为细小;焊点界面IMC层厚度均随热循环周次的增加而出现不断增厚的趋势,且石墨化多壁碳纳米管(CNTs)颗粒增强Sn-58Bi复合钎料焊点界面IMC层长大的趋势较为缓慢;热循环周次增加,接头的抗拉强度均呈现下降趋势;热循环处理后的Cu/Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点拉伸断口形貌主要由韧窝和少量解理面组成,Cu/Sn-58Bi/Cu焊点的断裂机制从韧性断裂转变为韧-脆混合断裂模式,Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点的断裂机制均为韧性断裂。

共晶转变过程中施加机械搅拌及再加热对Sn-58Bi合金组织与力学性能的影响

在测试Sn-58Bi共晶合金凝固完成时间的基础上,在共晶转变过程中对已析出的共晶固相和液相混合物进行机械搅拌和再加热,研究了再加热温度对共晶合金组织与力学性能的影响。结果表明,在180℃熔融状态无机械搅拌低压吸铸水冷却条件下所获得的Sn-58Bi合金中共晶组织由蔷薇状的Sn相和粒状Bi相所组成,其伸长率为19.5%;在共晶温度139℃下机械搅拌10 min,直接加热到140℃并保温5 min后低压吸铸水冷所制备的Sn-58Bi合金由直径约为5μm球状Sn相和层状共晶组织构成,其伸长率提高至37.5%,与180℃下合金熔液不经过机械搅拌直接水冷相比提高了97%。随着再加热温度升高至液相线以上,所获得的合金组织中的Sn相为短棒状,呈现出树枝晶析出的趋势,合金的塑性下降。

电迁移对Cu/Sn-58Bi-0.01CNTs/Cu焊点组织及可靠性的影响

选用直流稳压电源对Cu/Sn-58Bi-x CNTs/Cu（x=0,0.01）焊点的抗电迁移性能进行了测量,研究了不同通电时间下焊点的组织、界面IMC形貌及蠕变性能。结果表明：随着通电时间的增加,钎料焊点的显微组织均呈粗化的趋势,焊点界面IMC形貌均由扇贝状趋于平坦,厚度呈上升的趋势,钎料焊点的蠕变断裂寿命均降低。与同一通电时间的焊点阳极对比,焊点阴极附近的组织更为细小,界面IMC更薄;相较于同一通电时间的Sn-58Bi钎料焊点,Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料的焊点显微组织更为细小,界面IMC更薄,焊点的蠕变性能更优。

微量元素Ag及稀土对Sn-58Bi钎料组织和性能的影响

研究了微量元素Ag和稀土(65%Ce+35%La)对Sn-58Bi钎料的微观组织和性能的影响。研究结果表明,添加微量的Ag和稀土对Sn-58Bi的熔化性能影响很小,但是两者都可以细化Sn-58Bi的组织并且可以提高Sn-58Bi焊点的剪切强度,添加稀土元素还可以明显提高Sn-58Bi钎料的塑性。

镍包覆碳纳米管增强Sn-58Bi复合钎料焊点的组织和力学性能研究

研究了镍包覆碳纳米管（Ni-CNTs）对Sn-58Bi钎料焊点微观组织和可靠性的影响。结果表明：Ni-CNTs的添加提高了Sn-58Bi钎料润湿性能,复合钎料焊点界面IMC（intermetallic compound）呈现扇贝状,细化了Sn-58Bi钎料的微观组织,提高了复合钎料接头的拉伸和剪切性能。随着Ni-CNTs含量的增加,铺展面积呈现先上升后下降的趋势,IMC厚度呈现下降的趋势;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度均呈现先上升后下降的趋势。当Ni-CNTs含量为0.03wt%时,复合钎料铺展面积最大,为58.3 mm^2;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度最大,分别为99.2、14.1 MPa。

Er对Sn-58Bi钎料合金组织和性能的影响

采用真空熔炼方法制备了不同Er含量的Sn-58Bi钎料合金,研究不同Er添加量对Sn-58Bi钎料合金熔化特性、润湿性、拉伸性能和显微组织的影响。结果表明,Er元素的添加对Sn-58Bi钎料合金的熔点及熔程影响不大。当Er元素的添加量为0.05wt%~0.1wt%时,钎料合金的润湿性提高明显。Er元素添加量为0.1wt%~0.25wt%时,钎料合金的拉伸强度有所提高;钎料合金的伸长率提高明显,合金伸长率可由原15.34%(0wt%Er)提升至50.18%(0.1wt%Er)。添加稀土元素Er,能显著细化Sn-58Bi钎料合金的共晶组织。