USB3.1 Type C超声辅助钎焊焊接性研究

采用自制的SnXX无铅钎料代替生产中常用的SnBi钎料,并分别采用超声波辅助钎焊技术和常规钎焊技术实现USB3.1 Type C中的铜导线和铜端子的可靠焊接互连,以阐明新型超声辅助钎焊技术在数据线连接领域内的优越性。焊后PIN位焊点锡点饱满,PIN位的前端未见未融的锡膏,焊杯界面无过多的锡珠。焊点横截面宏观形貌呈圆滑过渡,界面结合良好并形成Cu_6Sn_5化合物,无宏观缺陷,良品率较高。     

304不锈钢钎焊板翅结构疲劳断裂机理分析

对304不锈钢板翅结构进行疲劳试验,分析疲劳断裂机理.疲劳裂纹从上钎角萌生,然后向翅片扩展,最终导致失效.在钎焊过程中,钎角处生成了较多的脆性化合物,且钎角处应力高度集中,使得裂纹从钎角萌生.疲劳裂纹的扩展经历了4个阶段:(1)裂纹在循环载荷作用下,在钎角脆性化合物启裂;(2)裂纹启裂后,在循环载荷作用下,沿钎角扩展;(3)裂纹跨越钎角和固溶体组织的界面,沿固溶体组织扩展;(4)裂纹跨越翅片和固溶体的界面,进入翅片区域扩展,直至完全断裂.     

矩形片状元件无铅焊点断裂机制

采用微焊点强度测试仪测试了Sn-Ag-Cu钎料和Sn-Pb钎料钎焊的矩形片状元件钎焊接头的抗剪强度,并对焊点断口进行了扫描电镜分析.结果表明,Sn-Ag-Cu无铅钎料焊点的抗剪力明显大于Sn-Pb钎料焊点的抗剪力,但是两种焊点的剪切力变化曲线相似,表明焊点在剪切失效前都有明显的塑性应变过程.断口SEM分析发现,两种焊点的断裂位置都位于钎料与元件底面焊盘的界面处和钎料与元件侧面焊盘的界面处,且Sn-Ag-Cu钎料焊点的性能都比Sn-Pb钎料焊点的性能优异,说明Sn-Ag-Cu钎料完全可以替代Sn-Pb钎料钎焊矩形片状元件.     

汽车发动机油冷器管板钎焊接头失效分析

文中对汽车发动机油冷器产品的泄漏失效件进行了剖析,结果显示:油冷器产品失效位置位于紫铜散热管-镀铜低碳钢法兰管板钎焊焊缝;通过扫描电镜分析(SEM)及能谱分析(EDS)发现管板钎焊接头低碳钢/钎缝界面存在连续的脆性磷铁化合物,焊缝沿此界面发生了脆性开裂.文中还从工作介质的压力脉冲、发动机振动、冲击等载荷分析了产品的受力...     

塑料封装球栅阵列器件焊点的可靠性

对比了充胶和未充胶塑料封装球栅阵列(PBGA)器件在-40 ℃～125 ℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效样品焊点的失效机制,并分析了充胶提高器件热疲劳寿命的机制.实验发现底充胶可使PBGA样品的寿命从500周提高到2000周以上,失效样品裂纹最先萌生于最外侧焊球中近硅芯片界面外边缘处,界面处焊料组织粗化及界面脆性金属间化合物Ni3Sn2和NiSn3相的生成均促使裂纹沿该界面从焊球边缘向中心扩展.PBGA焊点界面处裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、焊料组织粗化以及生成脆性金属间化合物等各种金属学和力学因素共同作用的结果.     

基于手工锡焊的航天器镀金件连接技术研究

根据单芯针孔电连接器等镀金元器件手工焊接出现的焊点断开问题,在详细分析手工钎焊原理和"金脆"产生机理基础上,通过工艺试验针对各失效模式进行了验证,给出了问题出现的原因。结合航天产品的相关工艺规范要求,提出了具体的"去金"焊接工艺措施,同时对"去金"问题以及对可靠性的影响进行了探讨。经过总装生产实践,认为规范化的"去金"焊接提高了焊点的可靠性,验证了该改进方案的可行性,表明了该技术方案合理,有效地确保了航天器总装质量的要求。     

Sn-2．5Ag-0．7Cu（0．1RE）／Cu焊点界面区微观组织与Cu6Sn5的生长动力学

利用X射线衍射分析仪、JSM-5610LV扫描电镜及能谱分析研究钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属问化合物的生长行为.结果表明:钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随着时效时间的延长,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%稀土元素能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,可改变焊点裂纹的起源位置,提高其可靠性.     

钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊研究进展

钛合金和铝合金广泛应用于航空航天、舰船和汽车等工业中，钛/铝连接结构也得到越来越多的重视。文中对钛合金与铝合金异种金属的焊接性进行了分析，重点论述了国内外钛合金与铝合金异种金属钎焊、熔钎焊连接方法研究现状。指出了钛合金与铝合金物理化学性质差异较大，目前仍存在钎焊时脆性Ti/Al金属间化合物生成难避免、熔钎焊时热输入不均匀易导致钛合金与铝合金连接接头组织分布不均的难题。通过改变钎料类型、钎料成分配比与焊接参数，可有效减少脆性Ti/Al金属间化合物的生成，熔钎焊时可通过选择合适的焊接方法与焊接工艺或通过对焊缝填充金属来减少脆性Ti/Al金属间化合物生成等方法。最后针对钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊的发展及研究方向提出了展望。     

银基钎料活性钎焊C/SiC-Ti55与Al2O3-Ti55接头界面组织

以Ag-28Cu和Ag-9Pd-9Ga两种银基钎料钎焊C/SiC复合材料和Al2O3陶瓷与Ti55钛合金接头,考察了钎料和钎焊工艺对接头焊缝组织形貌变化影响. 结果表明,采用Ag-28Cu钎料在850～920 ℃温度区间钎焊C/SiC-Ti55和Al2O3-Ti55接头均在陶瓷基体近钎焊界面区域开裂,原因为Ti55合金中Ti元素大量溶解扩散并与铜反应生成的大量脆性Cu-Ti化合物恶化焊缝塑性. Ag-9Pd-9Ga钎料则可以获得完整接头,钎焊过程中Pd,Ga元素在Ti55侧钎焊界面富集并与Ti元素反应生成PdTi, Ti2Ga, Ti4Pd化合物的反应层,有效抑制了元素往焊缝中的溶解扩散.     

镍/铜箔回流焊与激光钎焊界面显微组织与性能

基于镍箔“桥”替代铝铜直接焊接的背景下,利用回流焊、半导体激光钎焊对镍铜箔片进行异质连接.对比分析了接头形貌及界面显微组织的形成机制,并对其力学性能进行评价.结果表明,两种焊接接头成形良好,且无焊接缺陷产生;激光钎焊焊缝内由锡的固溶体和具有等轴晶形态的Cu-Sn金属间化合物组成,而回流焊焊缝则为锡的固溶体;两种焊接接头铜-锡、镍-锡界面均呈现不同形貌,且铜-锡界面层厚度大于镍-锡界面层.回流焊在铜-锡界面处显微组织呈扇贝状分布,其组成为铜固溶体→Cu₃Sn金属间化合物→Cu₆Sn₅金属间化合物;激光钎焊铜-锡界面处由多种Cu-Sn金属间化合物组成.在镍-锡界面处,回流焊呈现连续分布的(Cu, Ni)₆Sn₅金属间化合物,而激光钎焊则是由短棒状(Cu, Ni)₃Sn₄与条状(Cu, Ni)₆Sn₅组成,两种焊接接头最大剪切力可达320 N以上,远高于实际生产要求.基于此研究结果,可进一步明确激...     

基于数值模拟方法的虚焊焊点热传导影响因素分析

针对现有的常用焊接质量检测技术无法有效检测的电子产品虚焊类缺陷问题，采用数值模拟方法对虚焊焊点红外热像检测过程进行分析，详细讨论其瞬态传热问题，并深入分析虚焊程度、热流密度、激励位置以及焊接参数不同而造成的焊点形状差异等因素与焊点表面温度信息参数之间的关系。结果表明:虚焊程度40%以下的焊点热幅值差异较小，难以辨识；热流密度越高，信噪比越高，焊点虚焊检测可靠性越高；不同激励位置的虚焊缺陷温差达到0.36 ℃，影响较大；焊点尺寸对于虚焊温差影响较小。     

低碳冷轧钢板电阻点焊组织及开裂分析

在采用十字拉伸设备将电阻点焊接试样剥离过程中,发现焊点开裂部位及形态不一样.为了了解影响焊点十字拉伸开裂的因素,本文以H260LA、H340LA、DP780低碳钢冷轧板为样本,采用相同焊接工艺分别进行了电阻点焊接实验,然后对焊点各区域的显微组织、硬度分布、十字拉伸后的断裂情况进行了观察和检测.通过不同试样组织间比较、硬...     

低碳冷轧钢板电阻点焊组织及开裂分析

在采用十字拉伸设备将电阻点焊接试样剥离过程中，发现焊点开裂部位及形态不一样。为了了解影响焊点十字拉伸开裂的因素，本文以H260LA、H340LA、DP780低碳钢冷轧板为样本，采用相同焊接工艺分别进行了电阻点焊接实验，然后对焊点各区域的显微组织、硬度分布、十字拉伸后的断裂情况进行了观察和检测。通过不同试样组织间比较、硬度分布规律对影响焊接接头开裂的因素进行了分析。结果表明：随着母材中碳及合金元素含量的增加，熔核及热影响区部位马氏体含量逐渐增多，从而导致组织间应力增加，影响裂纹的扩展；另外在焊接接头各区域会出现硬度局部软化的现象，对焊点在十字拉伸实验中的开裂有重要的影响。     

航天电子产品中SMT焊点形态对其疲劳寿命的影响

深入分析了航天电子产品中表面组装技术(surface mount technology,简称SMT)焊点可靠性影响因素及失效机理,研究了温度循环下SMT焊点弹塑性应力应变规律及其寿命预测方法,并在此基础上探索了元件与焊盘间隙、钎料量、外轮廓等形态对焊点热疲劳寿命的影响,揭示焊点形态与应力应变和疲劳寿命之间的对应关系,以寻求具有较为理想力学性能及热循环寿命的焊点形态. 结果表明,上述理论方法为实际焊接过程中的PCB上焊盘尺寸的合理设计提供了理论支撑.     

回流焊冷却过程中PBGA焊点力学行为分析

以热弹塑性理论为基础,建立球栅阵列PBGA焊点在回流焊工艺中焊接应力的有限元模型,利用ANSYS的热结构耦合功能,采用生死单元法对Sn-Ag-Cu焊点回流焊的冷却过程进行数值模拟分析.焊点冷却结晶后的初始阶段,等效应力随温度的降低快速增加,当焊点的温度逐渐降低至室温时,等效应力为最大.结果表明,在回流焊接工艺中,PBGA焊点的裂纹极可能发生在焊料冷却结晶后的初始阶段,在焊点高应力集中区首先开裂,并在应力的作用下沿界面逐渐扩展.对焊料凝固初期冷却速率的控制是减少焊接裂纹产生的有效方法.     

倒装焊底充胶分层与SnPb焊点热疲劳的可靠性

采用实验和有限元模拟,研究了底充胶分层和ＳｎＰｂ焊点的可靠性。结果表明,底充胶分层易发生在芯片／底充胶界面边缘处;当底充胶与芯片粘合强度较弱时,底充胶的早期分层是焊点中裂纹萌生扩展从而导致失效的直接原因;当底充胶与芯片粘合强度较强时,分层可以削弱底充胶对焊点的机械耦合作用,从而影响焊点的热循环寿命,此时,焊点热疲劳裂纹是焊点失效的直接原因。     

热、振及热振耦合条件下塑封球栅阵列含铅焊点失效分析

对塑封球栅阵列封装器件进行了热循环、随机振动以及热振耦合试验,在3种试验条件下测试Sn37Pb焊点的寿命,并对3种载荷条件下失效焊点位置的分布规律以及焊点的失效模式进行对比分析. 结果表明,塑封球栅阵列封装焊点在热振耦合试验中的寿命明显小于热循环以及随机振动试验的寿命结果. 热循环、随机振动条件下越靠近测试板中心位置,器件的焊点越容易发生破坏,而热振耦合试验中不同位置上器件的失效焊点数比较接近. 此外,热循环条件下破坏模式主要表现为钎料内部的韧性断裂,随机振动条件下主要为界面金属间化合物层内的脆性断裂,而热振耦合条件下这两种破坏模式均有发生.     

Interfacial reactions between Sn-2.5Ag-2.0Ni solder and electroless Ni(P) deposited on SiCp/Al composites

A novel Sn-2.5Ag-2.0Ni alloy was used for soldering SiCp/Al composites substrate deposited with electroless Ni(5%P) (mass fraction) and Ni(10%P) (mass fraction) layers. It is observed that variation of P contents in the electroless Ni(P) layer results in different types of microstructures of SnAgNi/Ni(P) solder joint. The morphology of Ni3Sn4 intermetallic compounds (IMCs) formed between the solder and Ni(10%P) layer is observed to be needle-like and this shape provides high speed diffusion channels for Ni to diffuse into solder that culminates in high growth rate of Ni3Sn4. The diffusion of Ni into solder furthermore results in the formation of Kirkendall voids at the interface of Ni(P) layer and SiCp/Al composites substrate. It is observed that solder reliability is degraded by the formation of Ni2SnP, P rich Ni layer and Kirkendall voids. The compact Ni3Sn4 IMC layer in Ni(5%P) solder joint prevents Ni element from diffusing into solder, resulting in a low growth rate of Ni3Sn4 layer. Meanwhile, the formation of Ni2SnP that significantly affects the reliability of solder joints is suppressed by the low P content Ni(5%P) layer. Thus, shear strength of Ni(5%P) solder joint is concluded to be higher than that of Ni(10%P) solder joint. Growth of Ni3Sn4 IMC layer and formation of crack are accounted to be the major sources of the failure of Ni(5%P) solder joint.     

通孔元件焊点的抗热疲劳性能预测Ⅱ.焊点内部力学响应特征的数值模拟

通过建立可靠性分析的力学模型，对温度循环载荷下通孔焊点内部应力应变场的分布特征进行了有限元数值模拟，结果表明，焊接方式的不同造成焊点形态的差异，进而应力应变的分布也不同；再流焊点的应力应变集中在钎料体及镀铜管处，而波峰焊点中线路板与镀铜层接触的拐角处是高应力集中区，这些位置容易引起裂纹产生和扩展．在热载荷过程中，应力-应变场的等值分布呈现出与温度历史相关的动态特性。     

阶梯形正反螺纹搅拌针对2A12-T4铝合金 FSLW接头力学性能的影响

搅拌针上螺纹分布情况会对搅拌摩擦焊接头内部材料流动行为产生重要影响,进而影响接头成形及力学性能. 采用锥形螺纹搅拌针和阶梯形正反螺纹搅拌针进行2A12-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,对比分析了两种搅拌针下搅拌摩擦搭接焊接头横截面形貌、显微组织、拉剪性能及接头断裂位置. 结果表明,两种搅拌针下接头横截面形貌均呈现“碗状”. 然而,在阶梯形正反螺纹搅拌针焊接下搭接界面后退侧出现特有的“括号”形貌. 相对于锥形螺纹搅拌针,阶梯形正反螺纹搅拌针下的接头热力影响区与热影响区晶粒分布相差不大,但焊核区晶粒细化程度更加明显;接头在焊接速度80 mm/min下可获得最大拉剪性能,其值为10.39 kN. 阶梯形正反螺纹搅拌针下接头界面后退侧出现的“括号”形貌阻碍了裂纹向焊核区进一步扩展,断裂模式表现为拉伸断裂.