SnAgCuRE系钎料合金的润湿特性

选择商用水溶性钎剂,以润湿平衡法,研究了SnAgCuRE系钎料合金在表面贴装元器件上的润湿特性。结果表明:当w(RE)为0.1%时,预热15s,255℃钎焊5s,该钎料合金具有最大的润湿力1.510mN和最小的润湿角11.03°,与传统的Sn63Pb37钎料的润湿力相当,可满足表面组装元器件对其润湿性能的要求。

RE对微连接用SnAgCuRE钎料合金组织及性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu系钎料合金为基础,添加少量的RE,研究RE添加量对合金组织、力学及物理性能的影响,以确定最佳RE添加量。

SnAgCuRE系无铅焊点形态模型的数学分析及试验研究

根据表面组装RC3216元件焊点的结构特征,采用数学分析方法建立了焊点形态的数学模型,预测了片式元件的SnAgCuRE系无铅钎料焊点形态,并对预测的焊点形态进行了试验验证。结果是预测结果与试验结果吻合很好,最大相对误差仅为7%。

SnAgCuRE钎料合金的力学性能及其钎焊接头的组织与性能

对真空条件下制备的SnAgCuRE钎料合金的力学性能及其钎焊接头的组织与性能进行了研究。试验结果表明:当稀土(RE)的添加量小于0.1%(质量百分比)时,RE均匀地分布在钎料合金中,减少了共晶组织的比例,同时细化富Sn相,提高了其力学性能。接头处钎料与Cu试样间的界面层厚度会由于RE的加入而发生变化,且在添加量小于0.1%时其厚度减小同时界面层更加平滑,此时接头的剪切强度达最大值36MPa。

Ag和RE对表面组装用SnAgCuRE无铅钎料显微组织的影响

采用扫描电镜和能谱分析等检测手段,分别研究了Ag和RE含量对SnAgCuRE系钎料合金显微组织的影响。结果表明,随着Ag和RE含量的增加,SnAgCuRE无铅钎料的显微组织中的共晶组织所占比例增大,钎料合金中富Sn相的组织细化。但Ag含量超过3.2 wt%时,会出现大的板条状Ag3Sn初晶,因此,Ag的最佳添加量在2.0wt%～3.0wt%。当RE添加量达到0.5wt%时,会出现大块的花瓣状和点、条状的CeSn3和LaSn3稀土化合物相,聚集在共晶组织和富Sn相界面处,导致钎料性能下降。

稀土对表面组装用Sn2.0Ag0.7CuRE钎料合金组织与性能的影响

对真空条件下制备的Sn2.0Ag0.7CuRE钎料合金显微组织、力学及物理性能进行了研究。结果表明:当稀土(RE)的添加量小于0.1%(质量分数)时,RE均匀地分布在钎料合金中,除铺展面积和延伸率与Sn37Pb钎料相当外,Sn2.0Ag0.7CuRE钎料合金的拉伸强度和导电性能均高于传统的Sn37Pb钎料;当RE添加量达到0.5%时,钎料合金中出现了明显的梅花状和点状RE化合相且弥散分布于晶界和相界附近,且拉伸强度、延伸率和铺展面积都出现了不同程度的下降。从综合性能和制造成本考虑,真空条件下制备Sn2.0Ag0.7CuRE钎料合金,RE的添加量应不大于0.1%。

Ni改性GNSs对SnAgCuRE/Cu钎焊接头热老化特性的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片(GNS)独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs(Ni-GNSs)增强Sn Ag Cu RE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨NiGNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明:Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物(IMC)颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%(质量分数)GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。NiGNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%(质量分数)GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。

Effect of Rare Earths on Microstructure and Properties of Sn2.0Ag0.7CuRE Solder Alloy for Surface Mount Technology

A new type of lead-free solder alloy Sn2.0Ag0.7CuRE was fabricated under vacuum condition. The microstructure and properties of the material, such as tensile strength, elongation, melting range, conductance and spreading area were all investigated. Result shows that when the content of RE ≤ 0.1% （mass fraction）, RE distribute uniformly in the solder alloy, and the tensile strength and conductance of Sn2.0Ag0.7CuRE solder alloy are better than those of traditional Sn37Pb solder. Its elongation and spreading area are almost equal to those of Sn37Pb solder. When the content of RE reaches 0.5%, RE compounds can be easily found around the boundaries of grains and phases, and the tensile strength and elongation and spreading area of Sn2.0Ag0.7CuRE solder alloy all decrease sharply. Therefore, RE amount added to the Sn2.0Ag0.7CuRE solder alloy under 0.1% is proper.

表面组装焊点形态模型的建立及求解

基于SnAgCuRE钎料焊点成形时受力平衡方程,根据表面组装RC1206元件焊点结构,采用数学分析方法建立了焊点形态的数学模型,预测了片式元件的SnAgCuRE钎料焊点形态.