Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面特征与金属间化合物的形成机理

对255℃时Sn-6.5Zn钎料/Cu基板界面反应及金属间化合物的形成与转化进行热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD研究分析255℃不同钎焊时间条件下钎料/Cu基板界面组织与IMC层形态特征。结果表明:Sn-6.5Zn钎料/Cu焊点界面紧靠Cu基板侧形成CuZn层;CuZn IMC有与钎料中的Zn原子继续反应生成Cu5Zn8 IMC的趋势;在相同钎焊温度条件下,不同钎焊时间对界面厚度影响不大;随钎焊时间延长,Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面IMC层的平均厚度增大,界面粗糙度则由于不同钎焊时间IMC在液态钎料中生长与溶解的差异,呈现先增大而后降低到一个均衡值的变化趋势。

快速凝固对Sn-6.5Zn钎料合金特性及钎料/Cu焊点力学性能的影响

利用单棍快淬工艺制备快速凝固态Sn-6．5Zn合金薄带，对比分析快速凝固制各工艺对钎料微观结构、熔化与铺展特性的影响，并利用拉伸一剪切试验对比研究了钎料／Cu焊点力学性能。结果表明：快速凝固能够显著细化Sn-6．5Zn合金微观组织，初生β-Sn相快速分枝并形成网状枝晶结构，Zn相呈尺寸为0．5-2μm的细小颗粒分布于β-Sn基体中；经快速凝固后，Sn-6．5Zn合金熔化区间减小了约3．7℃；快速凝固态Sn-6．5Zn合金具有优于常态钎料的钎焊工艺性能，能够促进钎料／Cu焊点形成均匀界面并改善力学性能。

微量Nd对Sn-6.5Zn合金及钎料/Cu界面结构的影响

研究了微量稀土元素Nd的添加对Sn-6.5Zn合金组织及钎料/Cu焊点界面金属间化合物(IMC)特征的影响。结果表明:微量Nd元素在Sn-6.5Zn钎料中的添加能够显著细化合金组织和形成均匀细密界面IMC层;添加0.1wt%Nd元素即能促进钎料/Cu焊点界面反应及界面区域成分的均匀性。

Sn-9Zn无铅电子钎料助焊剂研究

Sn-9Zn共晶合金在一般松香助焊剂条件下润湿性较差。开发了一种新的改性松香助焊剂。用铺展面积测量和润湿天平两种手段,表征不同助焊剂条件下Sn-9Zn合金对铜的润湿性,用失重测量表征助焊剂对铜和焊料合金的腐蚀性。结果表明:在乙醇–松香中加入少量SnCl2作为助焊剂可大大改善Sn-9Zn对铜的润湿性,但对焊料合金有一定的腐蚀性。选择了一种具有较强活性的有机碱性缓蚀剂,含SnCl2的助焊剂中加入该缓蚀剂后可基本消除腐蚀作用,同时还改善了润湿性。

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。

机械合金化无铅钎料Sn-9Zn研究

利用 X射线衍射仪、差示扫描量热计 ( DSC)、扫描电镜 ( SEM)对 Sn-9Zn粉末的机械合金化进程进行了研究 .结果表明 :机械合金化和热铸法一样是一种制备钎料合金的方法 ;金属粉末的最终颗粒尺寸可以通过合适的工艺参数来控制 ;粉末尺寸可减小到 5～ 2 0μm ;1 %松香 (助磨剂 )的加入使 MA进程的加速作用最为显著 ,但松香也可能对金属粉末起污染作用 .

Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料/Cu钎焊接头界面反应

研究了长时间再流焊条件下,在粉状Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒增强质点(复合钎料)对Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面反应的影响。结果表明,在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒,可有效降低Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面金属间化合物(IMC)的生长速度,从而减小界面IMC层的厚度,减少IMC层内的柯肯达尔(Kirkendall)缺陷;IMC层的厚度随再流焊时间的增加而增加,随Cu颗粒加入量的增加而减小。在现试验条件下,IMC层由Cu-Zn金属间化合物组成,未检测到Cu-Sn金属间化合物的存在。

合金元素对Sn-9Zn基无铅钎料润湿性和组织的影响

研究了分别添加混合轻稀土、磷和铋对Sn-9Zn共晶合金在铜基上的润湿性能及对钎料内部显微结构和钎料/铜界面的影响。研究结果表明:Bi、RE和P都能有效地改善Sn-9Zn基合金钎料在铜基上的润湿性;且添加RE和P对钎料/铜界面无明显的影响,也不改变Sn-9Zn钎料内部的扫把状共晶结构;而添加Bi促进了Sn-9Zn合金中锌的富集析出。

Sn-9Zn钎料与内加Cu质点和Cu基体界面生长行为

在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu金属质点,研究在长时间钎焊条件下钎料/Cu质点、钎料/Cu基体界面金属间化合物(IMCs)的生长行为。结果表明:在钎料/Cu质点和钎料/Cu基体界面处都生成Cu-Zn相(IMCs),其组成为Cu5Zn8+CuZn或Cu5Zn8,而且钎料/质点界面处IMCs的生长速度明显快于钎料/基体处;同时发现,Cu质点的加入大大减小了钎料/Cu基体界面IMCs的厚度。由于Cu质点原位生成Cu-Zn IMCs,消耗了焊点中的Zn,因此Sn-9Zn/Cu接头的可靠性得以提高。

元素Ag对Sn-9Zn钎料组织及性能影响

通过实验研究了元素Ag对Sn-9Zn共晶钎料微观组织、熔点、显微硬度及抗腐蚀性的影响。结果表明,添加Ag元素后,能使Sn-9Zn合金组织和性能得到明显改善,其中Ag和Zn形成AgZn3化合物,可以抑制粗大针状Zn相组织的生长,并呈放射状,对合金基体起到很好的弥散强化作用;熔点提高2℃;润湿性提高20%;显微硬度提高10.02%;腐蚀电位明显提高,抗腐蚀性能得到改善,接近于传统Sn-37Pb钎料。

微量Nd对Sn-9Zn钎料特性及焊点组织与性能的影响

研究Sn-9Zn中添加微量稀土元素Nd对合金显微组织和铺展性能的影响,对比分析Sn-9Zn-xNd(x=0,0.1,0.5)钎料/Cu焊点界面微观特征及力学性能。结果表明:微量Nd元素在Sn-9Zn合金中能够显著细化组织,但添加量为0.5%时合金中形成了"十字状"NdSn3金属间化合物(IMC)。钎焊温度较低或时间较短时,微量Nd添加能够改善Sn-9Zn合金在Cu基板上的铺展性能;但是在温度较高或时间较长的钎焊工艺条件下,由于Nd元素的严重氧化导致钎料铺展性能明显下降。在Sn-9Zn中添加0.1%Nd,在界面处形成了均匀细密分布的"毛绒状"共晶组织,能够提高焊点结合性能;Nd添加量为0.5%时,成分偏聚引起的组织不均匀导致焊点力学性能下降。

磁场对Sn-9Zn钎料组织、显微硬度及电化学腐蚀的影响

运用X射线衍射仪、扫描电镜、电化学测试系统等研究0.125 T的静态磁场及旋转磁场对Sn-9Zn钎料的组织及性能影响。结果表明:静态磁场及旋转磁场均可促进Sn-9Zn钎料组织细化,其中旋转磁场可使Zn相分布呈旋转状;与未经磁场作用相比,静态磁场和旋转磁场可使Sn-9Zn钎料的显微硬度分别提高7.4%和10.2%,达到18.8 HV和19.3 HV;此外,经静态磁场及旋转磁场作用的钎料的腐蚀电位分别为-1.428和-1.450 V,比Sn-9Zn钎料的有所降低,而腐蚀电流密度分别为1.424×10-8和2.538×10-9 A/m2,相比Sn-9Zn钎料,其腐蚀电流密度明显减小,钎料腐蚀性能得到改善。

Sn-9Zn无铅钎料合金的压蠕变行为研究

试验研究了Sn-9Zn合金钎料在温度为40～100℃和压力为9.3～18.6MPa范围内的压蠕变行为。结果表明:随温度和应力的升高,合金的压蠕变量增大,稳态蠕变速率的对数分别与应力对数和温度呈较好的线性关系,稳态蠕变速率符合半经验公式。在不同的温度下,应力指数n相近,平均值为5.74;不同的应力下,表观激活能Qa相差不大,平均值为51.95kJ/mol,材料结构常数为0.03,压蠕变变形是位错滑移和位错攀移共同作用的结果,控制稳态蠕变速率的主要因素为位错管道扩散过程控制下的位错攀移。

微量Y对Sn-9Zn钎料合金组织与腐蚀性能的影响

研究了微量稀土元素钇(Y)添加对Sn-9Zn合金组织及电化学腐蚀特性的影响。结果表明:微量Y元素在Sn-9Zn钎料中的添加能够显著细化合金组织;电化学腐蚀过程中,添加微量Y后Sn-9Zn合金中较为细小的混合组织腐蚀原电池反应较为均匀,耐蚀性提高。

(Sn-9Zn)-xBi钎料组织性能研究

运用莱卡显微镜、X射线衍射仪及电化学测试系统等仪器设备,对(Sn-9Zn)-xBi(x=0,1,3和5)钎料组织性能进行研究。结果表明:当x小于5时,Bi可明显影响(Sn-9Zn)-xBi钎料中富Zn相尺寸及分布,钎料的熔化温度随Bi含量的增加而降低至188℃;钎料的润湿性随Bi含量增加而得到改善,其中以x在1～3为最明显;与Sn-9Zn钎料相比,当x为3时,钎料显微硬度提高了31%,达到最大值22.3HV;钎料腐蚀电位随x变化不大,但x为5时腐蚀电流密度却减小至未添加Bi的Sn-9Zn钎料的25%。

微量铅对Sn-9Zn合金钎料性能的影响

运用差热分析仪、显微硬度计等仪器设备,研究微量铅对Sn-9Zn钎料合金性能的影响。结果表明,微量铅对Sn-9Zn钎料合金性能有较大的影响,其中添加微量铅后,Sn-9Zn钎料合金熔化温度略呈下降趋势,使钎料合金的润湿性得到改善,可以提高Sn-9Zn钎料合金显微硬度,在Pb含量达到1.0%时,显微硬度值可达到31.7。

Ag对Sn-9Zn合金钎料组织及性能的影响

用莱卡显微镜、XRD研究添加元素Ag对Sn-9Zn钎料组织及性能的影响。结果表明:Ag与Zn形成AgZn3化合物,能抑制粗大针状富Zn相的形成,可使Sn-9Zn钎料合金的润湿性提高20%,并明显改善Sn-9Zn的耐蚀性。

稀土元素对Sn-9 Zn-0.3 Cu钎料钎焊6061铝合金的影响

为了提高Sn-9 Zn-Cu钎料的润湿性和焊接强度,通过添加一定量稀土La-Ce合金元素,选用较合适的钎剂和优化后的工艺,研究了RE的加入对Sn-9 Zn-0.3 Cu钎料钎焊6061铝合金组织和剪切强度的影响。通过焊接接头扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析组织形貌和成分,对接头进行拉伸试验并观察断口组织。结果表明,RE的加入改善了钎料组织,减缓富铜相的团簇,细化晶界中的富锌相,阻止Cu6Sn5的产生。RE的加入对富锌相的影响较小,降低了铝向钎料的扩散,增大了钎料向铝工件的溶解,使得钎料与铝件吸附更加牢靠;焊接接头良好,拉伸试验得出RE含量在0.2%时较佳,抗剪切强度提高34%倍.。断裂面都在钎料中,随着RE从0.1%增加到0.2%出现典型的韧性断裂,添加量在0.4%RE时有大量的β-Sn产生,钎料氧化严重,氧化Ce成为断裂源。

外加磁场对Sn-9Zn钎料组织、熔化温度及腐蚀性能影响

运用X射线衍射仪、扫描电镜、金属腐蚀检测仪等仪器设备,研究0.5 T外加磁场作用对Sn-9Zn钎料合金组织、熔化温度及腐蚀性能影响。研究结果表明,外加磁场可促进Sn-9Zn钎料合金显微组织细化,熔化温度下降近2℃,腐蚀性能得到改善,分析认为,由于外加磁场可促进Sn-9Zn钎料合金在特定晶面迅速结晶形核,抑制Zn富相形成,从而细化Sn-9Zn钎料组织以及影响钎料合金的熔化温度及腐蚀性能。

近强磁场作用对Sn-9Zn钎料合金组织性能的影响

运用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计等仪器设备,研究了0.8 T近强磁场作用对Sn-9Zn钎料合金组织和性能影响。研究结果表明:近强磁场可促进Sn-9Zn钎料合金显微组织显著细化,使熔化温度下降2℃,显微硬度提高11%。分析认为,由于外加磁场可促进Sn-9Zn钎料合金在特定晶面迅速结晶形核以及作用于液态钎料合金的的洛仑兹力对钎料作负功,从而促进Sn-9Zn钎料合金组织和性能的改变。