Sn-Cu-Ni-Ce钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料,研究了半导体激光软钎焊和红外再流焊方法对QFP48器件和0805矩形片状元件两种典型元器件的钎焊性能,针对使用不同成分钎料所得到的钎焊焊点,采用微焊点强度测试仪研究了其焊点力学性能的分布规律.结果表明,使用Sn-Cu-Ni-Ce钎料时,最佳激光输出电流显著高于Sn-Ag-Cu钎料或Sn-Pb钎料.Sn-Cu-Ni-Ce钎料成分相同时,半导体激光软钎焊得到的焊点力学性能显著优于红外再流焊焊点的力学性能;稀土元素Ce的加入能够改善Sn-Cu-Ni无铅钎料焊点的力学性能,Ce含量达到0.03%时,焊点的力学性能最佳.     

矩形片式电阻半导体激光钎焊无铅焊点的热循环试验

选用Sn-Ag-Cu无铅钎料,采用半导体激光软钎焊和红外再流焊两种方法对0805型矩形片式电阻元件进行钎焊,并对采用不同方法得到的钎焊焊点进行热循环试验.结果表明,激光软钎焊矩形片式电阻焊点的力学性能优于传统红外再流焊工艺所获得的电阻焊点的力学性能;片式电阻焊点的剪切力随热循环次数的增加呈现下降趋势,在热循环次数相同时,激光软钎焊焊点的力学性能优于红外再流焊焊点.随着热循环次数的增加,片式电阻焊点的剪切断裂的方式由明显的韧性断裂逐渐向脆性断裂转变.     

激光再流焊焊接速度对SOP器件焊点力学性能的影响

分别采用半导体激光再流焊与红外再流焊方法钎焊SOP器件,研究了激光焊焊接速度对其焊点抗拉强度的影响,并对焊点断口形貌进行了分析.结果表明,在激光再流焊条件下,激光焊焊接速度对SOP器件焊点的抗拉强度有显著的影响,而Sn-Pb焊点的力学性能对焊接速度的敏感度低于Sn-Ag-Cu无铅焊点,且存在一个最佳焊接速度.通过SEM观察发现,焊接速度相对慢时,断口有浅显韧窝和微孔,焊点断裂类型为微孔聚合型断裂;速度过快时,断口有较多的韧窝群,并且局部区域还有台阶,焊点断裂类型为韧窝型断裂和解理型断裂;焊接速度适中时,断口韧窝大且深,焊点断裂类型为韧性断裂.     

QFP器件微焊点可靠性分析

通过数值模拟对QFP焊点力学性能的影响规律进行了研究,高密度化引线以及使用无铅钎料时焊点的等效应力较小.结果表明,引线数的增加以及钎料的无铅化显著提高了焊点抗拉强度,激光再流焊比红外再流焊的抗拉强度的提高了25%左右.锡铅钎料QFP断口表面晶粒较粗大,而无铅钎料的QFP断口处晶粒较细,红外再流焊加热方式下形成的焊点断口有大小不等的韧窝存在,断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征,而激光加热方式下焊点的断口呈现均匀的韧窝形貌,断裂方式属于韧性断裂.实际焊接试验结果与理论模拟结果相吻合.     

半导体激光钎焊工艺参数对QFP器件微焊点强度的影响

采用90W半导体激光软钎焊系统对方形扁平式封装器件（QFP）进行了焊接试验研究，并对不同激光输出功率下形成的QFP结构焊点进行了力学性能比较。研究结果表明，半导体激光软钎焊不仅能够大幅度地提高Sn—Ag—Cu钎料QFP微焊点的抗拉强度，而且也能够明显地改善Sn—Pb钎料QFP微焊点的抗拉强度。在相同的钎料成分下，半导体激光输出功率直接影响QFP焊点的抗拉强度，研究结果可为提高QFP微焊点强度和可靠性提供一个有效的解决方法。     

不同引线数QFP器件焊点等效应力的数值模拟

采用有限元方法对不同引线数QFP器件焊点的等效应力进行了数值模拟,研究发现,热循环后的PCB板有向外翘曲趋势,但变形较小;陶瓷基板上翘趋势较大,总体变形较明显,且其对引线的拉伸力会加剧焊点裂纹的扩展.在最外侧存在焊点最大应变值,QFP器件鸥翼形引线焊点的焊点根部与焊趾处等效应力较大,焊点根部等效应力比焊趾处大,中间区域等效应力最小.理论计算显示QFP100器件应力最小,QFP48次之,QFP32应力最大.焊点拉伸试验结果显示QFP100器件抗拉强度最大,QFP48次之,QFP32最小,与数值模拟结果完全吻合.     

细间距器件焊点力学性能与数值模拟

采用再流焊方法对细间距器件进行钎焊试验,针对使用SnAgCu和SnPb两种钎料对应的焊点进行了研究。结果表明,SnAgCu焊点的拉力明显高于SnPb焊点,说明SnAgCu对应焊点的抗拉强度更高。对焊点断口组织分析发现,SaAgCu焊点拉伸断裂方式为韧性断裂,而SnPb焊点的断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征。运用非线性有限元模拟,针对焊点在温度循环载荷作用下的力学性能分析,发现SnAgCu焊点的应力应变以及非线性应变能明显小于SnPb焊点对应的数值。说明SnAgCu焊点的可靠性明显高于SnPb焊点。模拟结果和试验研究结果吻合,该研究为无铅钎料的进一步研究提供理论指导。     

矩形片式电阻元件的半导体激光软钎焊技术

采用Sn-Ag-Cu作为钎焊材料,研究了矩形片式电阻元件的半导体激光软钎焊技术,采用微焊点强度测试仪研究了其力学性能.结果表明,当激光钎焊时间固定时,随着激光输出功率的增加,电阻焊点的剪切力呈现增加的趋势,在某一功率左右达到最大值.随着激光钎焊时间的增加,其所对应的最佳激光输出功率逐渐减小,最佳的激光钎焊时间为1s.对比试验结果表明,激光软钎焊的最佳工艺参数组合所得到的片式电阻焊点力学性能优于采用传统红外再流焊工艺所获得的片式电阻焊点的力学性能.     

不同钎料对QFP焊点可靠性影响的有限元分析

采用有限元方法研究了不同钎料钎焊QFP器件焊点的可靠性.结果表明,焊点根部、焊趾部位以及引线和焊点交界处为应变集中区域.分析探讨了Sn3.8Ag0.7Cu,Sn9Zn,Sn63Pb37三种钎料的模拟结果,焊点的应变曲线图显示,Sn63Pb37钎料焊点的等效应变最大,Sn9Zn钎料居中,Sn3.8Ag0.7Cu焊点的等效应变最小,表明Sn3.8Ag0.7Cu替代Sn63Pb37作为微元器件组装的组装材料具有更好的焊点力学性能.通过分析QFP64和QFP208两种器件焊点应力曲线图可以看出,QFP208器件焊点的应力值小于QFP64器件焊点的应力值,从而具有更高的可靠性.     

半导体激光钎焊Sn-Ag-Cu焊点的力学性能和显微组织分析

选取不同激光钎焊工艺参数,利用半导体激光软钎焊系统对Sn-Ag-Cu无铅钎料在铜基板上进行了钎焊试验,并研究了Sn-Ag-Cu焊点显微组织中金属间化合物形成规律.结果表明,当激光钎焊时间选择为1 s,激光输出功率为38.3 W时,焊点力学性能最佳.随着激光工艺参数的改变,焊点显微组织发生相应的变化.当使用最佳激光工艺参数钎焊时,形成的焊点晶粒细小,避免了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的过度生长,此外还形成了厚度适中的金属间化合物层.对比试验结果发现,激光软钎焊方法比传统红外再流焊所形成的金属间化合物层更为平缓,能够获得力学性能更为优良的焊点.     

细间距器件无铅焊点力学性能和断口形貌分析

分别采取红外再流焊和激光再流焊焊接细间距器件,研究了SnPb,SnAgCu和SnAg三种钎料在不同焊接热源下焊点的力学性能。结果表明,激光再流焊对应焊点的力学性能优于红外再流焊,该现象在使用SnAg钎料的情况下尤为显著,同时无铅焊点优于传统的SnPb焊点。对焊点断口形貌进行研究,发现激光焊接的条件下,焊点断口韧窝较多、较深,断口的撕裂棱朝固定的方向延伸,而红外热源焊接的条件下,断口韧窝较少,较浅,两种情况下焊点韧窝开裂均为穿晶开裂。     

Mechanical properties of QFP micro-joints soldered with lead-free solders using diode laser soldering technology

Soldering experiments of quad flat package(QFP) devices were carried out by means of diode laser soldering system with Sn-Ag-Cu and Sn-Cu-Ni lead-free solders, and competitive experiments were also carried out not only with Sn-Pb eutectic solders but also with infrared reflow soldering method. The results indicate that under the conditions of laser continuous scanning mode as well as the fixed laser soldering time, an optimal power exists, while the optimal mechanical properties of QFP micro-joints are gained. Mechanical properties of QFP micro-joints soldered with laser soldering system are better than those of QFP micro-joints soldered with IR reflow soldering method. Fracture morphologies of QFP micro-joints soldered with laser soldering system exhibit the characteristic of tough fracture, and homogeneous and fine dimples appear under the optimal laser output power.     

不同钎料对激光钎焊焊点力学性能的影响

采用半导体激光再流焊系统研究SnAgCu／SnAgCuCe在铜基板的润湿性以及焊点的力学性能,同时对比红外再流焊,研究两种焊点在热循环过程中的可靠性．结果表明,随着激光输出功率的增加,无铅钎料的铺展面积逐渐增加;当激光输出功率增加到某一特定范围时,无铅钎料的润湿铺展性能达到最佳．同时,随着激光加热时间的增加,无铅钎料的...     

Effect of diode-laser parameters on shear force of micro-joints soldered with Sn-Ag-Cu lead-free solder on Au/Ni/Cu pad

1Introduction With low cost,Sn-Pb alloy has been widely used in electronic packaging on account of its low melting temperature and good wettability on substrates,such as Cu and Au/Ni/Cu pads.However,Pb and its compounds in the Sn-Pb solder are harmful to …