添加0.05%(La+Ce)对SnXCuNi焊料与Cu基板间界面组织的影响

在Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加0.05%(质量分数,下同)(La+Ce),对焊料/Cu焊点等温时效后其界面组织的变化规律以及界面金属间化合物的形成和生长行为进行分析研究,结果表明:随着等温时效时间的延长,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.05(La+Ce)/Cu IMC层厚度增加,其界面金属间化合物的增厚主要由扩散机制控制;在SnXCuNi焊料合金中添加0.05%(La+Ce)后,能有效抑制等温时效过程中界面IMC的形成和生长,从而提高了焊点的可靠性,其中Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu的生长速率为2.95×10-17m2/s,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.05(La+Ce)/Cu的生长速率为2.51×10-17m2/s。

冷却速度对Sn-Bi-X合金微观组织的影响

在Sn-5.0X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加10%(质量分数,下同)的Bi,以期降低焊料熔点的同时消除Bi的偏析和合金脆性,研究了浇铸空冷和真空吸铸水冷两种不同冷却速度下无铅焊料合金的微观组织。用X射线衍射分析的方法,按最小二乘法原理,精确测定β-Sn的点阵参数,对Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni合金的固溶度进行了测定;采用光学显微镜、扫描电镜和透视电镜观察合金微观组织和结构;通过DSC分析焊料的熔化和凝固过程;并测试了焊料的润湿性和力学性能。结果表明:随着凝固速度增加,晶格常数进一步增大,Bi在Sn中的固溶度也得到了提高;缓慢冷却的浇铸态合金显微组织中存在着大量的粗大针状Sn-Bi共晶组织,吸铸态合金组织中Bi以细小颗粒状均匀分布在Sn基体,没有偏析相形成,吸铸快冷条件下制备的Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni的熔点为208.96℃,具有优良的润湿性,合金和焊点具有良好的力学性能。

Bi对SnXCuNi焊料性能和焊点界面层组织的影响

为了获得低成本和性能良好的无铅焊料,本文在Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料中添加质量分数为0.6%的Bi元素,对其微观组织及物相成分、熔点、润湿性和剪切强度进行了分析研究,并对焊点等温时效后其界面组织进行了SEM和EDS分析。结果表明,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi焊料中主要由β-Sn、Cu6Sn5、XSn和SnBi组成,Bi的加入能有效地降低焊料的熔点和提高焊料的润湿性,焊点也保持较高的剪切强度。随着等温时效时间的延长,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi/Cu界面金属间化合物(IMC)层厚度也增加,其界面IMC的增厚主要由扩散机制控制,界面IMC主要成份为Cu6Sn5、Cu3Sn和(Cu,Ni)6Sn5。Bi能抑制等温时效过程中界面IMC的形成和生长,从而提高了焊点的可靠性,其中Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu的IMC生长速率为2.95×10-17m2/s,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi/Cu的IMC生长速率为2.78×10-17m2/s。

Sn-Ag-Cu无铅焊料及焊点在低温下组织和性能

为保证锡银铜合金及焊点在低温环境下使用可靠性,将SnAg3.0Cu0.5合金焊料和焊点在25、4、-20和-60℃恒温环境中进行储存565 d后,考察不同温度下SnAg3.0Cu0.5无铅焊料微观组织和物相变化,对经冷储存后SnAg3.0Cu0.5/Cu焊接接头进行拉伸强度和低周疲劳测试。结果表明,焊料经低温储存后没有发生灰锡转变,合金主要由Ag3Sn和β-Sn组成,组织形貌转变为树枝状组织,排列具有一定取向,β-Sn相晶面间距变小,焊料出现低温脆性倾向;随储存温度降低,SnAg3.0Cu0.5焊料与Cu基板互连结构的断裂界面从焊料侧向铜基体方向移动,焊缝的抗拉强度随之下降;在恒幅对称应变条件下,疲劳极限-循环次数曲线的斜率随焊件储存温度降低而变大,焊接接口的抗疲劳性能变差。

等温时效对SnX5.0Cu1.5Ni/Cu界面层组织的影响

基于Cu和Sn元素在焊接界面扩散结构(Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Sn)中的扩散通量比理论模型,将SnX5.0Cu1.5Ni焊点在180℃进行等温时效,研究SnX5.0Cu1.5Ni焊点中金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)的Cu3Sn与Cu6Sn5两相组织形貌演变和生长行为。结果表明:SnX5.0Cu1.5Ni界面金属间化合物的Cu3Sn与Cu6Sn5两相增厚主要由扩散机制控制,Cu3Sn相生长速率为4.16×10-18m2/s,Cu6Sn5生长速率为1.06×10-17m2/s。在时效初期,IMC的形态呈扇贝形状,此时Cu3Sn快速生长,并消耗Cu6Sn5层,因此Cu6Sn5在时效初始阶段厚度降低,Cu3Sn厚度升高;随着时效时间的延长,IMC的形态向着平层形状转变,Cu3Sn的生长速率降低,对Cu6Sn5层的消耗也逐步减少;随着时效时间的进一步延长,Cu3Sn和Cu6Sn5的厚度继续增大,使得金属化合物在应力过大而破裂。

Sn-X-Cu-Ni无铅焊料的显微组织和性能研究

为了获得低成本和性能良好的无铅焊料,本文对Sn-X-Cu-Ni焊料的微观组织及物相成分、熔点、润湿性和抗拉强度进行了分析研究。结果表明,Sn-X-Cu-Ni焊料中主要由βSn、XSn化合物和Cu6Sn5化合物组成,Sn-X-Cu-Ni焊料合金的熔点随X含量增加而增高;当X的含量为4.5%时,焊料的铺展性最好,抗拉强度也最大。

SnX_yCu1.5Ni系无铅焊料耐蚀性能研究

采用人工模拟助焊剂介质的储存环境和盐雾腐蚀两种的方法研究了Sn-X-Cu-Ni系列无铅焊料腐蚀性能,结果表明,SnXyCu1.5Ni系列焊料中Sn-X4.5-Cu1.5-Ni合金的耐蚀性能最佳,合金发生局部性腐蚀为主,当y≥5时,焊料的耐蚀性能随着y的增加而变差。