金属间化合物Ag_3Sn对Sn3.8Ag0.7Cu焊料合金拉伸性能的影响

利用不同凝固速率和等通道挤压法制备不同组织结构的Sn3．8Ag0．7Cu合金,使其包含不同形貌、大小及分布的Ag3Sn金属间化合物;拉伸曲线的比较分析和变形后组织的电镜观察表明,大的针状化合物对合金起着纤维增强的作用,但自身脆性断裂造成空洞,降低了材料的塑性;微细颗粒状化合物起着弥散强化作用,分布在小的等轴晶粒晶界上的化合物颗粒能够阻碍晶界的滑动,起到增强的作用．

回流次数对Sn3.8Ag0.7Cu-xNi/Ni焊点的影响

研究了复合无铅焊料Sn3.8Ag0.7Cu-xNi(x=0.5,1.0,2.0)与Au/Ni/Cu焊盘在不同回流次数下形成的焊点的性能。结果表明,Ni颗粒增强的复合焊料具有良好的润湿性能,熔点小于222℃;x为0.5的焊料界面IMC由针状(CuNi)6Sn5演化为双层IMC,即多面体状化合物(CuNi)6Sn5和回飞棒状(NiCu)3Sn4。当x超过1时,焊点界面只有单层回飞棒状(NiCu)3Sn4生成。并且,复合焊料焊点的剪切强度高于非复合焊料。

Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Sn3.8Ag0.7Cu(Sn37Pb)/Cu焊点在时效过程中的界面金属间化合物(IMC)形貌和成份。结果表明:150℃高温时效50、100、200、500h后,Sn3.8Ag0.7Cu(Sn37Pb)/Cu焊点界面IMC尺寸和厚度增加明显,IMC颗粒间的沟槽越来越小。50h时效后界面出现双层IMC结构,靠近焊料的上层为Cu6Sn5,邻近基板的下层为Cu3Sn。之后利用透射电镜观察了Sn37Pb/Ni和Sn3.8Ag0.7Cu/Ni样品焊点界面,结果显示,焊点界面清晰,IMC晶粒明显。

稀土元素Nd对Sn3.8Ag0.7Cu焊点组织与抗剪强度的影响

研究了微量稀土元素Nd(0,0.05,0.5质量分数,%)的添加对Sn3.8Ag0.7Cu/Cu焊点再流焊与150℃时效条件下焊点组织与抗剪强度的影响.结果表明,适量Nd(0.05%)的添加可以明显增强微焊点的抗剪强度,改善焊点组织;降低时效过程中SnAgCu/Cu焊点界面化合物生长速率以及焊点内部基体中Cu6Sn5化合物的颗粒粗化速率,从而有利于提高微焊点长期服役过程中的可靠性.时效过程中,SAC-0.05Nd焊点力学性能下降速率较SAC焊点有所降低,而SAC-0.5Nd焊点由于稀土化合物NdSn3相的粗化,与SAC微焊点力学性能下降速率无明显差异.

Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-Ni镀层的液固界面反应

在流动的还原性气氛中,研究了共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与不同Fe含量的Fe-Ni合金层的液固界面反应行为。结果表明:低Fe含量的Fe-83Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料具有较快的液固界面反应速率,高Fe含量的Fe-53Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料具有较慢的液固界面反应速率,在界面处可以观察到致密的FeSn2白色化合物层。而Fe-74Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料的液固界面反应速率介于二者之间。当共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-Ni镀层反应时,界面处生成的致密的FeSn2白色化合物,可以有效地阻止Fe-Ni镀层的快速消耗。

共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料在Fe-Ni镀层上的反应润湿行为

用电镀工艺制备了Fe-Ni镀层,研究了还原气氛保护下共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料在Fe-Ni镀层上的反应润湿行为。结果表明:在共晶Sn3.8Ag0.7Cu与Fe-74Ni反应润湿体系观察到了伪部分润湿行为。在铺展球冠的前沿,可以明显地看到有液态膜伸出主液体铺展前沿。随着回流时间的增加,液态膜逐渐长大。共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-74Ni电镀合金层的液固界面生成了一层FeSn2化合物,还有大量Cu/Ni/Sn化合物进入焊料内部。

时效温度下钎料的稀土相CeSn_3表面Sn晶须生长

于Sn3.8Ag0.7Cu钎料中添加过量的稀土Ce会在其内部形成大尺寸的稀土相CeSn3,将稀土相CeSn3暴露于空气中,研究在时效处理过程中时效温度对其表面Sn晶须生长的影响规律。结果表明:时效温度对稀土相CeSn3表面Sn晶须的生长产生显著影响。室温时效20 min后,其表面会形成少量的白色Sn颗粒;75℃时效20 min后在其表面会出现一些杆状及扭结状的Sn晶须;然而,当高于100℃时,时效20 min后在其表面不会出现Sn晶须,周围的钎料基体发生了明显的隆起现象。

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。

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。

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。

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.

雾化气体压力对Sn_(0.3)Ag_(0.7)Cu焊锡粉末特性的影响

利用超音速气雾化装置制备了Sn0.3Ag0.7Cu无铅焊锡粉末,用扫描电子显微镜和激光粒度分析仪对粉末的微观形貌和粒度分布进行表征,并提出一种反应质量差法计算粉末的氧含量,分析了雾化气体压力对粉末有效雾化率、微观形貌、粒度分布以及氧化程度的影响。结果表明:雾化气体压力对粉末的有效雾化率、微观形貌、粒度分布影响较大。粉末的有效雾化率随雾化气体压力的增加而不断提高;相对高的气压下粉末球形度好,0.6 MPa压力下雾化粉末的球形度好且无团聚;随着雾化气体压力的增大,粉末不断细化,且随着雾化压力的提高,粉末粒度减小幅度逐渐变缓;粉末中的氧含量随雾化气体压力的增大略有增加,高的氧含量使粉末表面粗糙度增大。

超声波振动对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿性的影响

研究超声波功率、作用时间对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料在Cu板上的润湿过程。结果表明,超声波振动能够提高钎料合金的润湿性能。与不加超声波振动相比,在钎焊温度270℃,超声波振动功率88W、作用时间45 s的条件下,铺展面积提高了72.7%,润湿角降低了35.5%。同时,超声波振动促进了润湿过程Cu原子的扩散。

工艺因素对气雾化法制备焊锡粉末微观形貌的影响

采用超音速紧耦合气雾化法制备Sn0.3Ag0.7Cu无铅焊锡粉末,利用扫描电子显微镜和激光粒度分析仪分别对雾化粉末的微观形貌和粒度分布进行表征,分析了雾化过程及工艺条件(熔体过热度、雾化气体压力、雾化室氧含量)对粉末微观形貌的影响。结果表明:高的熔体过热度和大的雾化气体压力均有利于高球形度粉末的形成,但熔体过热度的增大使卫星球数量增加,雾化气体压力的增大使超细粉末、镶嵌粉末增多;雾化室内部氧含量的降低能提高粉末的球形度及表面光洁度。雾化过程中雾化室内部气流的紊乱对卫星球等粉末缺陷有重要影响。

钎焊温度与时间对急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金钎焊接头性能及界面IMC生长行为的影响

对所制备的急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金进行了钎焊工艺试验,然后对钎焊接头进行了抗剪强度测试、断口形貌和显微组织分析,研究了钎焊温度与时间对接头性能以及界面金属间化合物生长行为的影响,结果表明:钎焊温度和钎焊时间不同,接头界面处金属间化合物的形成及生长情况也存在差异,并因此影响了接头的强度。

电场对超声振动辅助Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿适配性的影响

研究了电场对超声振动辅助的Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿适配性的影响。结果表明,电场能够提高超声振动辅助的Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金在铜板上的润湿性;与不加电场相比,在温度270℃,电场强度1.5 kV/cm,电场作用时间60 s条件下,电场促进了超声振动辅助钎料润湿过程Cu原子的扩散,使钎料铺展面积提高20%,润湿角减小20.4%。

超声波和电场共同作用下SnAgCuRE/Cu钎焊接头的时效特性

研究了时效对电场和超声振动共同作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面生成的IMC主要由靠近钎料合金一侧的Cu6Sn5相,而时效后界面靠近Cu一侧出现Cu3Sn。时效过程中,随着时效时间和时效温度的增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu界面区生长受扩散机制控制,IMC总厚度增加,力学性能下降。

快速凝固态Sn2．5Ag0．7Cu钎料钎焊接头的显微组织

采用单辊法制备了快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金,在相同钎焊工艺条件下,用扫描电镜及能谱仪、拉伸试验机研究了普通和快速凝固态钎料对紫铜板钎焊接头的组织、断口形貌、界面化合物和接头性能。结果表明:与普通钎料相比,快速凝固态钎料钎焊接头组织细化,初生β-Sn相尺寸减小而数量增多、共晶组织明显减少,并且初生相与共晶组织界线变得模糊;剪切断裂时形成的韧窝更多,钎焊接头的韧性得到提高。

外能辅助作用下的Cu/Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头的时效断裂机制

在超声振动和电场辅助作用下进行了SnAgCuRE系钎料的钎焊试验。为模拟电子产品真实服役环境将钎焊接头进行时效处理,借助于现代理化检测手段研究了时效钎焊接头的力学性能及其断裂机制。结果表明:在温度150℃、时间200h的条件下对钎焊接头进行时效处理验证了超声功率88W、超声时间60s和电场强度2kV/cm外能辅助条件下进行钎焊可明显改善接头的剪切强度。钎焊接头的断裂途径与断裂机制发生明显变化。无超声电场作用钎焊接头在IMC层发生脆性断裂;超声振动辅助下钎焊接头在IMC层和钎缝的结合面发生脆性和韧性的混合断裂,主要由颗粒状的IMC相和局部的"抛物线"剪切韧窝组成;超声振动和电场辅助作用的钎焊接头在钎缝发生韧性断裂,主要由尺寸较大的"抛物线"剪切韧窝组成。

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。