Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系无铅钎料的钎焊特性研究

制备了Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.6Cu钎料,用润湿平衡法测量了钎料对铜的润湿曲线,研究了温度、钎剂活性、钎焊时间对润湿行为的影响,并与Sn-37Pb钎料进行了比较。结果表明:升高温度能显著改善无铅钎料对铜的钎焊性。当温度<270℃时,Sn-0.7Cu的钎焊性明显低于Sn-3.5Ag-0.6Cu钎料;而当温度≥270℃时,两种钎料对铜都会显示较好的润湿性,而Sn-0.7Cu略优于Sn-3.5Ag-0.6Cu钎料。提高钎剂活性能显著增强钎料对铜的润湿性,其卤素离子的最佳质量分数均为0.4%左右。随着浸渍时间的延长,熔融钎料与铜的界面间产生失润现象。无铅钎料的熔点和表面张力较高,是钎焊性较差的根本原因。

Sn-Cu系无铅钎料微合金化研究进展

电子产品绿色化的需求促进了电子组装中钎料合金的无铅化发展。目前,Sn-Cu系钎料以优良的综合性能和较低的成本成为最具使用前景的无铅钎料之一。但是Sn-Cu系钎料的熔点较高,在Cu基上的铺展性和钎焊性也较Sn-Pb钎料差,这在很大程度上限制了其应用。通过添加多种合金元素可改善Sn-Cu合金的微观组织和焊接性能。本文首先系统地综述了合金元素对Sn-Cu系无铅钎料微观组织、润湿性、力学性能等的影响,然后指出Sn-Cu系无铅钎料存在的问题。最后,对Sn-Cu系无铅钎料的发展方向和前景进行了展望。

Sn-Cu基多组元无铅钎料组织、性能及界面反应研究

研究了多组元无铅钎料Sn-2Cu-0.5Ni和Sn-2Cu-0.5Ni-0.5Au的熔化行为、微观组织、力学性能及与Ni基板的钎焊反应。结果表明:Au的引入降低了钎料合金的熔化温度;2种钎料基体中的金属间化合物(IMC)均基于Cu6Sn5结构,且在260℃下与Ni基板钎焊60s后在接头界面处均生成棒状的(Cu,Ni)6Sn5;通过拉伸试验得到了2种钎料的抗拉强度和延伸率。

应力对SnPb基复合钎料钎焊接头蠕变性能的影响

采用搭接面积为 1mm2 的单搭接钎焊接头 ,研究了恒定温度下 ,应力对纳米颗粒增强的SnPb基复合钎料钎焊接头的蠕变寿命的影响。结果表明 ,纳米颗粒增强的SnPb基复合钎料的蠕变抗力优于传统SnPb钎料。同时钎焊接头的蠕变寿命随应力增加而降低 ,且应力对复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响较传统 6

基于Sn-Pb钎料的Cu/Al钎焊接头组织结构分析

采用金相显微镜、电子探针(EPMA)及X射线衍射仪(XRD)对低温Sn-Pb钎料钎焊Cu/Al异种金属接头的组织结构进行了试验研究,结果表明,钎缝区主要生成Sn-Pb共晶组织及分布于其中的β(Sn)初晶,而在铜侧过渡区生成Cu_3Sn和Cu_6Sn_5两种金属间化合物,在铝侧过渡区生成AlNi、NiSn、Ni_3P及Sn_4P_3等金属间化合物。

Anand模型预测63Sn37Pb焊锡钎料的应力应变行为

通过在温度 3 13K～ 3 98K、应变率 10 - 3% s～ 10 % s内的一系列恒应变率拉伸实验 ,研究 63Sn3 7Pb焊锡钎料的力学行为 ,发现该材料的应力应变关系与温度和应变率有很大的相关性。采用统一型Anand粘塑性本构方程对该材料在较大温度和应变率范围内的应力应变行为进行数值模拟。结果表明Anand粘塑性方程可以有效地描述 63Sn3 7Pb焊锡钎料在 10 %应变下的温度和应变率相关粘塑性本构行为。

Sn-Pb共晶钎料在铜基板及金属间化合物基板上的润湿动力学

对锡-铅共晶钎料63Sn-37Pb在Cu基板及Cu-Sn金属间化合物表面层基板上的反应润湿动力学特性进行研究。结果表明:63Sn-37Pb钎料在Cu基板上的铺展特性随界面反应过程中液态钎料中Sn组元的消耗而变化;钎料熔化后的初始铺展符合简单流体规律,随后在Sn组元充足的条件下钎料以稳定速率铺展;随着Sn组元的不断消耗,润湿机制呈现界面活性元素扩散控制的反应铺展特征;63Sn-37Pb在Cu-SnIMC表面层基板上呈现出非常好的铺展能力,远优于其在Cu基板上的铺展。

63Sn-37Pb钎料合金耦合损伤时相关理论模型

在63Sn-37Pb钎料合金单轴时相关变形和失效行为研究的基础上,提出了耦合损伤时相关循环本构模型和疲劳失效模型;在模型中,引入了损伤演化方程,考虑了时相关效应;应用该理论模型对该钎料在不同应变率、不同应变幅值、不同保持时间及其历史下的变形行为及疲劳失效行为进行了模拟,并对疲劳寿命进行了预测。结果表明:该理论模型是合理有效的。

Bi对Sn-Cu-Zn无铅钎料性能的影响

以Sn-0.7Cu-Zn三元合金钎料为基础,研究添加不同含量的Bi元素对合金的熔点、电导率、润湿性以及力学性能的影响。通过差式扫描量热仪(DSC)、万能拉力试验机分别对不同配比的钎料合金进行熔点和力学性能测试,采用铺展性试验法表征其在铜铝板上的润湿性能。研究表明:随着Bi元素含量的增加,其熔点开始下降,但熔程会增加;电导率随着Bi元素含量的增加而减少。随着Bi元素含量的增加,四元合金钎料润湿性能先增加后减少,Bi的含量为1%时可以大幅提高铜铝板上的润湿性能。Bi元素能影响合金的抗拉强度,但合金的伸长率会下降。

63Sn37Pb钎料的高温单轴变形行为

在323,353和373K温度下,对63Sn37Pb钎料合金分别进行单轴应变控制的系统循环试验,揭示和分析循环应变率、应变幅值、加载波形、保持时间、平均应变及其历史对材料高温循环特性的影响以及应力保持时间及其历史对高温蠕变效应的影响。研究表明,无论是单轴应变循环特性还是蠕变效应不但依赖于当前温度和加载状态,而且依赖于其加载历史。

Cu含量对Sn基无铅钎料组织、界面反应影响

研究了Cu含量对Sn-xCu(x=0.7%,2%)、Sn-9Zn-xCu(x=0,2%,10%)两种无铅钎料的基体组织以及与Cu基板短时间钎焊时界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响.结果表明,当Sn-Cu钎料中Cu的含量为2%时,基体中IMC粗化为块状的Cu6Sn5相;对于Sn-9Zn-xCu钎料合金,2%Cu元素的加入使得Sn-9Zn基体中长针状的富Zn相转化为Cu5Zn8相以及细小的富Zn相,而当Cu含量达到10%时,钎料基体中的IMC为CuZn相与Cu6Sn5相.在260℃短时间钎焊下,Cu含量的增加加速了Sn-xCu/Cu界面IMC的粗化和生长;而对于Sn-9Zn-xCu/Cu,Cu含量的增加却明显降低了界面IMC的生长速率.同时分析、讨论了界面IMC随钎焊时间变化的生长行为.

Sn-0．65CuX亚共晶改性钎料的液态性能

采用一种新的制造工艺,制备了Sn-0.65CuX(X为Ga、In、Bi、Ge、Sb、Ni、P、Re等掺杂元素)亚共晶改性钎料,研究了液态钎料在265℃温度下的抗氧化性、润湿性和漫流性。结果表明,原子掺杂与亚共晶的成分设计可以显著改善液态钎料的工艺性能,并延长钎料在使用条件下成分和性能的稳定性。在265℃大气气氛下,液态Sn-0.65CuX改性钎料表面氧化渣的生成速率仅为0.38mg/cm2.min;当采用RMA-flux钎剂时,在铜表面的润湿时间为0.88s,3s润湿力为0.79mN,扩展率为77.5%。

不同温度下Sn-0.7Cu钎料在非晶Fe84.3Si10.3B5.4合金上的润湿行为及界面特征

采用座滴法及利用SEM-EDS分别对Sn、Sn-37Pb、Sn-58Bi和Sn-0.7Cu四种钎料在非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金上的静态润湿及界面特征进行了对比研究,优选出Sn-0.7Cu钎料作为适用于非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金的焊接钎料。进而采用座滴法研究了不同温度下Sn-0.7Cu钎料在非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金上的动态润湿行为,并利用SEM-EDS观察分析了其在非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金表面润湿后的界面微观组织形貌及成分。结果表明,Sn-0.7Cu钎料在非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金上的最终平衡润湿角随着温度的升高而变小,润湿性越来越好;同时Sn-0.7Cu与非晶Fe_(84.3)Si_(10.3)B_(5.4)合金界面上形成的FeSn_2金属间化合物由间断分布变为连续分布,且其厚度逐渐增加,界面反应逐渐增强。

添加微量元素的Sn-Ag-Sb-Zn系无铅焊料性能研究

在Sn-Ag-Sb-Zn焊料合金中添加微量元素P、Bi、In和Ga,进行了力学性能和物理性能试验.结果表明:试验合金的密度比Sn-37Pb合金降低9.26%-10.55%;剪切强度比Sn-37Pb合金增加6%-51.3%;但熔点有所提高,结晶温度在6.32-7.88℃之间.微量元素的加入对合金的润湿性能有所改善;并能明显提高接头剪切强度.新开发的焊料合金的综合性能已经超过了Sn-37Pb焊料.

RoHS2.0指令对微电子封装材料的要求及对策

欧盟R o H S2.0指令的正式实施，对我国电子产品地出口在控制有害物质和可持续发展方面提出了更高要求。本文简要阐述微电子封装材料作为电子产品中重要一环受到R o H S2.0指令的影响，并提出微电子封装材料在今后发展面临的困境以及采取的应对策略，以减轻对电子行业的影响。

液态Sn-Cu钎料的黏滞性与润湿行为研究

金属熔体的黏度和表面张力都是与液态结构相关的敏感物理性质,且存在一定的相互关系.对于微电子封装材料而言,黏度和表面张力均是影响其工艺性能的重要参量.本文利用回转振动式高温熔体黏度仪测量了Sn-xCu(x=0.7,1.5,2)钎料熔体在不同温度下的黏度值,发现在一定温度范围内钎料熔体的黏度值存在突变,可划分为低温区和高温区.在各温区内,黏温关系很好地符合Arrhenius方程,在此基础上讨论了液态钎料的结构特征和演变规律.同时,利用黏度值计算了液态Sn-xCu钎料在相应温度下的表面张力,并通过Sn-xCu钎料在Cu基板上的润湿铺展实验对计算结果进行验证.结果显示,润湿角和扩展率的测试结果与表面张力的计算结果具有很好的一致性,表明通过熔体黏度值来计算锡基二元无铅钎料合金表面张力并评估其润湿性能的方法是可行的.

Sn-0.7Cu钎料与Cu基板间的润湿性研究

研究了热电耦合作用下Sn-0.7Cu无Pb钎料与纯Cu基板间的润湿性及界面反应。通过改变温度（250-350℃）、电流（1.5-4.5A）、基板的极性等参数,获得了一系列试样,测量试样的润湿角,用扫描电镜（SEM）观察截面形貌,分析了电流、温度及基板的极性对钎料与Cu基板间润湿性和界面反应的影响。结果表明,在其他参数相同时,温度升高则钎料与基板间的润湿性变好;电流增大,润湿性也可得到改善;Cu基板为阳极时的润湿性比Cu基板为阴极时更好。

Co含量对Sn-0.7Cu合金组织演化及力学性能的影响

采用真空感应熔炼工艺制备了Sn-0.7Cu-x Co（x=0.5,1.0,1.5,2.0wt%）合金,分析了Co含量对钎料合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,Co的添加增加了Sn-0.7Cu的熔化温度,合金熔点随着Co含量的增加而增大;Co的添加使Sn-0.7Cu合金组织中出现了短棒状或块状的Co Sn2金属间化合物相,其体积分数随着Co含量的增加而增多。随着Co含量的增加,Sn-0.7Cu-x Co合金的显微硬度和抗拉强度增大,但合金的延展性逐渐降低。

基于毛细填缝效应的CGA器件植柱连接

针对CGA器件在制造过程中存在的连接质量易受辅助模具影响、辅助模具通用性差、成本高等问题,采用一种基于毛细填缝效应的CGA焊柱成型方法。以Sn58Bi+Sn37Pb为主要研究对象,研究了温度、时间、毛细间隙等因素对连接质量的影响。通过金相显微镜对焊件微观组织形貌进行观察,借助推拉力计对植柱焊点的性能进行表征。研究结果表明,随着回流时间和回流温度的增加,IMC层厚度增大,植柱焊点性能提高,融合区Bi相逐渐向锡铅相扩散。毛细间隙大小由0.025 mm增大到0.075 mm时,界面处空洞率明显降低,拉拔强度逐渐增大,界面强度提高。Sn58Bi与Sn37Pb钎料融合区处,Sn58Bi钎料合金微观组织致密网状结构改变。

如何预防无铅SMT焊接缺陷

从63／37共晶舒料转为无铅扦料而不应增加缺陷，对由此而来的新工艺进行了审视。本文验证了再流焊工艺以及不同舒料和焊剂的特性和它们对常见缺陷如焊接坍塌、锡珠、钎料桥接、润湿和无润湿、空洞等的影响。