热循环对Sn58Bi(纳米Ti)/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 _^oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu₆Sn₅ IMC层。在热循环300次后,在Cu₆Sn₅/Cu界面处形成了一层Cu₃Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu₆Sn₅和Cu₃Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。     

热时效过程中微米级SnAgCu焊点的界面金属间化合物形成及演变

研究微米级倒装组装焊点在150℃热时效过程中界面金属间化合物(intermetalic compound,IMC)的形成及演化.结果表明,在热时效300 h后,受铜焊盘界面扩散过来的Cu原子影响,镍焊盘界面(Ni,Cu)₃Sn₄全部转化成(Cu,Ni)₆Sn₅;在铜焊盘界面,热时效至100 h后,形成一层薄的Cu₃Sn,在随后的热时效过程中,由于Ni原子对Cu₃Sn生长的抑制作用,Cu₃Sn几乎没有生长.此外在时效100 h内,两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅生长速率增加较快,但随着时效时间的增加逐渐减慢.两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅顶端形貌随着时效时间的增加逐渐变平.     

纳米锑掺杂对回流焊Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb焊点界面IMC生长的影响机理

研究了纳米锑掺杂对回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb(x=0,0.2%,1.0%和2.0%)焊点界面金属间化合物(IMC)生长动力学的影响.借助扫描电镜(SEM)观察了焊点的微观结构,利用X射线能谱分析(EDX)及X射线衍射谱仪(XRD)确定了IMC的相和成分.结果表明,部分纳米锑颗粒溶解在富锡相中形成SnSb二元相,部分纳米锑颗粒溶解在Ag₃Sn相中形成Ag₃Sb相,剩余部分沉降在界面Cu₆Sn₅金属间化合物层表面.随着纳米锑含量的增加,IMC厚度减小.当纳米锑的含量为1.0%时,IMC厚度最小.通过曲线拟合,确定出界面IMC层生长指数和扩散系数.结果表明,IMC层生长指数和扩散系数均随着纳米锑含量的增加而减小.当纳米锑的含量为1.0%,IMC层生长指数和扩散系数均有最小值,分别为0.326和10.31×10^-10 cm²/s.由热力学相图和吸附理论可知,Sn,Sb元素之间易形成SnSb化合物,引起Sn元素的活性、Cu-Sn金属间化合物形成的驱动力和界面自由能下降,从而导致Cu₆Sn₅金属间化合物生长速率下降,抑制IMC生长.     

时效处理对Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面形态的影响

研究了纳米Al_2O_3颗粒对Sn0.7Cu钎料润湿性的影响,并分析比较了时效0 h和时效250 h后Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面IMC的形貌和厚度变化。结果表明:添加微量的纳米Al_2O_3颗粒可以改善Sn0.7Cu钎料的润湿性,但添加过量将降低润湿铺展面积,纳米Al_2O_3颗粒的最佳添加量为0.5%,比Sn0.7Cu钎料的铺展面积提高了30.2%。焊后未时效的焊点钎料晶粒细小,界面处Cu_6Sn_5IMC层较薄,经过150℃时效,钎料晶粒粗化,IMC界面层的厚度明显增加,形貌由扇贝状变为明显的块状,界面的不平度逐步减小。界面层由单一的Cu_6Sn_5IMC层转变为Cu_6Sn_5IMC和Cn_3SnIMC两层,厚度增大了96.5%。     

热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu_6Sn_5/Cu界面处形成了一层Cu_3Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu_6Sn_5和Cu_3Sn IMC)明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。     

回流温度对Cu/Sn58Bi-0.06Sm/Cu微焊点组织和性能的影响

采用回流焊工艺制备Cu/Sn58Bi-0.06Sm/Cu微焊点,研究不同的回流温度(200、220、240℃)对焊点的微观组织、力学性能和时效性能的影响。试验结果表明:随着回流温度的升高,钎料中富Bi相逐渐粗化且含量增多,焊点界面金属间化合物IMC层厚度逐步增大,钎料合金的显微硬度下降,界面IMC的硬度却提高,抗拉强度也降低。高温时效加速了钎缝界面两端Cu和Sn的相互扩散,加速了IMC层厚度的增长,且回流温度越高,时效后抗拉强度下降越明显。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面金属间化合物生长行为

基于自制多场耦合装置,研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu钎焊接头在多场耦合时效过程中界面金属间化合物(IMC)的显微组织变化和生长行为。结果表明,在相同的时效时间内,时效温度越高,界面IMC生长越快。当钎焊接头在85、125和150℃多场耦合时效时,IMC的形貌由扇贝状转变为较平整的层状。在多场耦合时效过程中,在Cu6Sn5层中发现了白色的Ag3Sn颗粒,而且普遍出现在Cu6Sn5凹陷处。界面IMC的生长厚度与时效时间的平方根成线性关系,其生长受扩散机制影响。多场耦合时效降低了界面IMC的激活能,整个IMC层的激活能为49 kJ/mol。     

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。     

界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-Ag-Cu/Cu(Ni)BGA焊点界面IMC形成与演化的影响

研究了焊盘材料界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu(Ni)BGA(Ball Grid Array)结构焊点焊后态和125℃等温时效过程中界面金属间化合物(IMC)的成分、形貌和生长动力学的影响.结果表明.凸点下金属层(UBM)Ni界面IMC的成分与钎料中Cu含量有关,钎料中Cu含量较高时界面IMC为(Cu.Ni)6Sn5.而Cu含量较低时,则生成(Cu,Ni)_3Sn_4;Cu-Ni耦合易导致Cu/Sn-3.0Ag 0.5Cu/Ni焊点中钎料/Ni界面IMC异常生长并产生剥离而进入钎料.125℃等温时效过程中.Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率常数随钎料中Cu含量增加而提高.Cu Cu耦合降低一次回流侧IMC生长速率常数;Cu Ni耦合和Ni-Ni耦合均导致焊点一次回流Ni侧界面IMC的生长速率常数增大,但Ni对界面IMC生长动力学的影响大于Cu;Ni有利于抑制Cu界面Cu_3Sn生长.降低界面IMC生长速率,但Cu-Ni耦合对Cu界面Cu_3Sn中Kirkendall空洞率无明显影响     

BGA结构Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点低温回流时界面反应和IMC生长行为

采用差示扫描量热法将焊点的熔化行为表征与焊点回流焊工艺相结合,研究了球栅阵列（BGA）结构单界面Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在钎料熔化温度附近等温时效形成局部熔化焊点时的界面反应及界面金属间化合物（IMC）的生长行为.结果表明,在钎料熔点217℃时效时,焊点中钎料基体仅发生界面局部熔化;而在稍高于熔点的218℃时效时,焊点钎料基体中全部共晶相和部分-Sn相发生熔化,且Cu基底层的消耗量显著增大,绝大部分Cu基底直接溶蚀进入钎料基体并导致界面IMC净生长厚度相对217℃时效时减小;等温时效温度升高至230℃时,焊点中钎料基体全部熔化,界面IMC厚度达到最大值.界面IMC的生长动力学研究结果表明,界面Cu₆Sn₅和Cu₃Sn层的生长分别受晶界扩散和体积扩散控制,但界面IMC层的晶界凹槽、晶粒粗化和溶蚀等因素对其生长行为也有明显影响.     

Cu／Mo／Cu爆炸复合界面组织特征

用爆炸复合的方法,试制出了Cu/Mo/Cu板材。用光学显微镜和扫描电镜研究了其界面组织特征;并利用显微硬度考察了界面附近硬度及界面附近的形变特点。结果表明：Cu/Mo/Cu复合材具有波形结合面和平直结合面;波形界面存在熔区,其熔区的显微硬度高于Cu基体而低于Mo基体。     

剪切应力作用下的Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点蠕变性能研究

研究了Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点在蠕变温度为100℃,剪切应力分别为3.62、2.53和1.78 MPa时的蠕变行为。结果表明,3种应力状态下,焊点都呈现出初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个典型阶段,并且随着蠕变应力的降低,蠕变寿命延长、稳态阶段的应变速率降低;当蠕变应力较大时,蠕变断裂受位错的滑移、攀移机制控制,而当蠕变应力较小时,蠕变断裂受晶界滑移机制控制;断裂位置位于焊点内部中心。在试验条件下,界面IMC对焊点的蠕变性能没有显著的影响。     

Cu-Cr原位复合材料中Cu/Cu、Cu/Cr界面HRTEM分析

对大变形制备的Cu-Cr原位复合材料的相界面进行HRTEM分析.结果表明:在Cu/Cu界面观察到两种界面衬度,即完全共格和错配位错衬度;Cu/Cr界面观察到完全共格和波纹图衬度.且发现在应变量η=6.43时,Cu/Cr界面中的Cr侧通过晶内畸变位错调节与基体的应变差异,保持界面的共格状态.     

Cu/Sn-58Bi/Cu焊点电迁移行为研究

采用双辊快速凝固技术制备了Sn-58Bi钎料薄带,并制备Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通电时间延长阳极界面处的IMC层的形状从扇贝状转变为锯齿状,阴极界面处的IMC层由扇贝形变为不规则,其厚度逐渐增加。阳极由于Bi的偏聚形成了富Bi层,Sn在阴极偏聚,基体共晶组织(Bi+β-Sn)粗化。基于线性拟合可知,阳极和阴极的界面IMC层的生长系数n分别为0.263和0.442,其生长机制可归结为体积扩散。     

Cu基板退火处理的Cu/Sn58Bi/Cu钎焊接头界面微结构

研究了铜基板退火处理对Cu/Sn58Bi界面微结构的影响. 结果表明,在回流以及时效24 h后Cu/Sn58Bi/Cu界面只观察到Cu₆Sn₅. 随着时效时间的增加,在界面形成了Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的双金属间化合物(IMC)层,并且IMC层厚度也随之增加. 长时间时效过程中,在未退火处理的铜基板界面产生了较多铋偏析,而在退火处理的铜基板界面较少产生铋偏析. 比较退火处理以及未退火处理的铜基板与钎料界面IMC层生长速率常数,发现铜基板退火处理能减缓IMC层生长,主要归因于对铜基板进行退火处理能够有效的消除铜基板的内应力与组织缺陷,从而减缓Cu原子的扩散,起到减缓IMC生长的作用.     

Interfacial Phenomena in Al/Al,Al/Cu,and Cu/Cu Joints Soldered Using an Al-Zn Alloy with Ag or Cu Additions

The studies of soldered joints were carried out in systems: Al/solder/Al, Al/solder/Cu, Cu/solder/Cu, where the solder was (Al-Zn)_EUT, (Al-Zn)_EUT with 0.5, 1.0, and 1.5 at.% of Ag and (Al-Zn)_EUT with 0.5, 1.0, and 1.5 at.% of Cu addition. Brazing was performed at 500 °C for 3 min. The EDS analysis indicated that the composition of the layers starting from the Cu pad was CuZn, Cu5Zn8, and CuZn4, respectively. Wetting tests were performed at 500 °C for 3, 8, 15, and 30 min, respectively. Thickness of the layers and their kinetics of growth were measured based on the SEM micrographs. The formation of interlayers was not observed from the side of Al pads. On the contrary, dissolution of the Al substrate and migration of Al-rich particles into the bulk of the solder were observed.     

熔覆Cu/Mo/Cu复合材料界面组织特征和结合特性

采用熔覆法制备Cu/Mo/Cu复合材料,利用金相显微镜对Cu/Mo/Cu复合材料的界面结构、显微组织进行研究,并通过扫描电镜分析了熔覆+轧制材料的断裂特点和界面结合特性。结果表明：熔覆复合界面平直且结合紧密;熔覆后钼层靠近界面的晶粒发生静态回复和再结晶,分布均匀呈等轴状,钼层中间位置的晶粒沿水平方向保持了原有的扁平状,铜层晶粒为粗大晶粒,大小不一且分布不均匀;铜层为韧性断裂,钼层发生分层断裂现象;剥离过程中材料沿着界面附近分层严重的钼层开裂,复合界面结合紧密。     

Cu/Mo/Cu复合板界面变形及厚度配比

采用热轧+温轧方法制备Cu/Mo/Cu复合板,研究轧制工艺对复合板结合界面及组元厚度配比的影响。结果表明：经过轧制变形后,铜钼界面实现紧密结合且结合机制为齿状啮合,铜层外表面和靠近界面层的晶粒比中部细小;随着变形量的增加,铜层等轴状晶粒沿轧制方向被拉伸,界面结合效果明显改善,且由齿状变得较为平直。分析组元厚度配比,铜层变形量较钼层的大,随着总压下量的增加,组元压下率的差值减小,变形量逐渐趋于一致;首次提出了Cu/Mo/Cu三层复合板厚度配比的关系,为实际选择原料提供依据     

铜/铝/铜轧制复合板的退火工艺研究

研究了低温长时间和高温短时两种退火工艺对铜／铝／铜轧制复合板的成型性能及界面结合强度的影响，讨论了退火强化现象没有出现的原因。结果表明，退火处理不能提高铜／铝／铜轧制复合板的结合强度，只能改善复合板的成型性能。铜／铝轧制复合板宜采用高温短时退火制度，退火温度选择580～625℃，时间控制在10min以内，此工艺得到的铜／铝轧制复合板综合性能最佳。