85℃时效Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面化合物生长行为

以Sn-9Zn/Cu焊点为参比物,研究了Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点在85℃时效条件下界面金属间化合物(IMC)的生长行为。结果表明,相同钎焊工艺条件下,与Sn-9Zn/Cu相比,Sn-8Zn-3Bi/Cu界面反应更为充分。在85℃时效过程中,Sn-9Zn/Cu界面IMC结构稳定,Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面IMC生长速率变化不大,界面IMC层增厚速率在界面反应初期较快而在后期则显著下降。Bi的添加对合金熔点的降低促进了界面初期反应过程的充分进行。随着界面反应时间的延长,Bi对Cu-Zn(IMC)层的生长表现出明显的抑制作用,界面IMC生长动力学时间指数显著减小。     

时效温度对Sn-58Bi-xMo复合钎料焊点组织和性能的影响

研究了时效温度对Sn-58Bi-xMo(x=0,0.25)钎料基体显微组织、焊点界面IMC形貌及力学性能的影响规律。研究结果表明:随着时效温度的升高,钎料基体的显微组织逐渐粗大,焊点界面IMC的厚度也逐渐增大,IMC形貌由扇贝状转变为表面较为平缓的层状;相同时效条件下,Cu/Sn-58Bi-0.25Mo/Cu焊点的显微组织及IMC厚度较小;焊点的抗拉强度及剪切强度均随时效温度的提高呈下降趋势,且Mo颗粒的添加大大减缓了焊点时效过程中剪切强度的下降趋势。在同一时效温度下, Sn-58Bi-0.25Mo复合钎料焊点的抗拉强度及剪切强度均高于Sn-58Bi钎料焊点的。     

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.     

快速凝固对Sn-6.5Zn钎料合金特性及钎料/Cu焊点力学性能的影响

利用单棍快淬工艺制备快速凝固态Sn-6.5Zn合金薄带,对比分析快速凝固制备工艺对钎料微观结构、熔化与铺展特性的影响,并利用拉伸剪切试验对比研究了钎料/Cu焊点力学性能。结果表明:快速凝固能够显著细化Sn-6.5Zn合金微观组织,初生β-Sn相快速分枝并形成网状枝晶结构,Zn相呈尺寸为0.5~2μm的细小颗粒分布于β-Sn基体中;经快速凝固后,Sn-6.5Zn合金熔化区间减小了约3.7℃;快速凝固态Sn-6.5Zn合金具有优于常态钎料的钎焊工艺性能,能够促进钎料/Cu焊点形成均匀界面并改善力学性能。     

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。     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的影响

无铅钎料和基板间金属间化合物(1MC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi无铅钎料与Ni盘进行焊接,并对焊点进行了180℃时效试验,时效时间分别为O、24、96、216和384h.采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察分析了钎料与Ni界面IMC的生长及形貌变化,并对其焊点IMC层Ni的分布进行了分析,同时对其界面生长速率进行了拟合.结果表明:Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料与Ni焊盘之间的IMC是棒状的(CuxNi1-x)6Sn5,Bi的加入并没有起到很好的抑制作用,而是随着Bi含量的增加IMC先增加后减少.Sn-O.3Ag-0.7Cu/Ni焊点IMC中Ni的平均含量(wN)分为15%、5%两区域.由近Ni向钎料基体方向呈下降趋势.但是Sn-O.3Ag-0.7Cu-3.0Bi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量在7%左右.时效后IMC层的厚度会随着老化时间的延长而增加,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点由于Bi的析出IMC增长得缓慢;Sn-0.3Ag-0.7Cu/Ni焊点(CuxNi1-x)6Sn5中15%Ni的含量区域逐渐过渡到5%区域,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量维持9%较时效前有所增加.通过生长速率计算,Sn-O.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的生长速率随着Bi含量的增加而减少.     

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。     

添加微量稀土对SnBi基无铅钎料显微组织和性能的影响

研究了添加微量稀土对Sn58Bi基无铅钎料熔化温度、润湿性能、钎焊接头强度、高温时效前后IMC厚度的变化和显微组织的影响,并与添加一定量Ag对Sn58Bi钎料的试验结果做了比较.试验所用钎料为Sn58Bi,Sn58Bi0.5Ag,Sn58Bi0.1RE和Sn58Bi0.5Ag0.1RE,添加稀土为Ce基混合稀土.试验结果表明,添加微量稀土不仅抑制了Sn58Bi钎料高温时效引起的IMC的生长,而且细化了显微组织;微量稀土添加对钎料熔化温度没有明显影响,但能显著改善Sn58Bi钎料的润湿性能和接头强度,而且改善的程度优于添加微量Ag对Sn58Bi钎料的作用.     

时效时间对Sn-58Bi-xCe/Cu焊点组织及显微硬度的影响

研究了时效时间对Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织和显微硬度的影响。结果表明:随着时效时间增加,Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织逐渐粗化,界面IMC厚度不断增加;同一时效时间下,Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的晶粒尺寸和界面IMC层厚度均低于Sn-58Bi/Cu焊点。焊点的显微硬度均随时效时间增加先增大后降低,且Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的显微硬度均高于Sn-58Bi/Cu焊点。Ce颗粒的添加可有效抑制时效过程中焊点组织的粗化及界面IMC层厚度的增加,从而获得较高的显微硬度。     

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。     

Bi含量对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微观组织 及接头性能的影响

以Sn-0.3Ag-0.7Cu低银无铅钎料为研究对象,添加不同量的Bi(1.0％～4.5％)元素,和Cu盘进行钎焊,取部分试样进行高温时效处理.观察分析了Bi对钎料微观组织结构的影响,以及Bi对焊接接头界面金属间化合物(IMC)显微形貌演变、生长动力学和接头剪切强度的影响.研究结果表明;Bi元素的加入使钎料基体内晶粒尺寸变得细化而均匀,且随着Bi含量的增加可以显著提高钎料钎焊接头的剪切强度,断口经过扫描电镜观察发现剪切断面均沿着剪切方向有明显的塑性变形,这表明焊点中发生的是塑性断裂;高温时效试验表明,钎料基体中Bi的存在降低了界面IMC的生长速率,且随着Bi含量的增加,抑制IMC生长的作用越大.但是过量的Bi会使组织粗化,且对IMC生长的抑制作用反而会变差.IMC层厚度随着时效时间的延长明显增加,断裂机制很快由钎料基体的韧性断裂逐渐变为界面IMC的脆性断裂,使焊接接头的剪切强度明显下降.     

电迁移对Cu/Sn-58Bi-0.01CNTs/Cu焊点组织及可靠性的影响

选用直流稳压电源对Cu/Sn-58Bi-x CNTs/Cu(x=0,0.01)焊点的抗电迁移性能进行了测量,研究了不同通电时间下焊点的组织、界面IMC形貌及蠕变性能。结果表明:随着通电时间的增加,钎料焊点的显微组织均呈粗化的趋势,焊点界面IMC形貌均由扇贝状趋于平坦,厚度呈上升的趋势,钎料焊点的蠕变断裂寿命均降低。与同一通电时间的焊点阳极对比,焊点阴极附近的组织更为细小,界面IMC更薄;相较于同一通电时间的Sn-58Bi钎料焊点,Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料的焊点显微组织更为细小,界面IMC更薄,焊点的蠕变性能更优。     

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-4.1 X- 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-4.1 X- 1.5 Cu-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.     

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。     

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     

石墨烯纳米片增强的Sn-58Bi/Cu焊点可靠性

将不同含量（0%,0.025%,0.05%,0.075%,0.1%,0.2%,质量分数）的石墨烯纳米片（GNSs）添加到Sn-58Bi低温钎料中,研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明：添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度,但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加,钎料得到了相对细化的显微组织,界面金属间化合物（IMC）的厚度明显降低,并逐渐趋于平整。另外,随着GNSs的加入,Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式,这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此,添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。     

石墨烯纳米片增强的Sn-58Bi/Cu焊点可靠性（英文）

将不同含量(0%,0.025%,0.05%,0.075%,0.1%,0.2%,质量分数)的石墨烯纳米片(GNSs)添加到Sn-58Bi低温钎料中,研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明:添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度,但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加,钎料得到了相对细化的显微组织,界面金属间化合物(IMC)的厚度明显降低,并逐渐趋于平整。另外,随着GNSs的加入,Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式,这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此,添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。     

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。     

高温、高湿环境中时效时Sn-Zn基无铅焊点的显微组织演化

研究Sn-Zn基焊料经高温和高湿环境时效后的显微组织演化。在涂覆Au/Ni合金的PCB镀铜焊盘上焊接3种Sn-Zn基焊料的试样(Sn-9Zn合金、Sn-8Zn-3Bi合金以及Sn-7Zn-Al(30×10-6)合金),然后在120℃,100%相对湿度、2.03×105Pa下分别时效96 h和192 h。结果表明,Zn原子向表面和界面扩散,形成富Zn相并长大。粗大的Zn相易于导致O元素的富集,使与β-Sn界面弱化,从而降低在位移控制加载模式下的低周疲劳寿命。     

钎焊及时效过程中化学镀Ni-P与Sn-3.5Ag的界面反应

研究磷含量为6.5%(质量分数)的化学镀Ni-P薄膜与Sn-3.5Ag钎料合金之间的润湿行为,以及Sn-3.5Ag/Ni-P焊点在钎焊和时效过程中的界面反应。结果表明:250℃时,直径为(2.3±0.06)mm的Sn-3.5Ag焊球在化学镀Ni-6.5%P薄膜上钎焊后得到的润湿角约为44,铺展率约为67%;焊点界面由Ni3Sn4IMC层、及较薄的Ni-Sn-P过渡层构成Ni3P晶化层;钎焊过程中界面Ni3Sn4IMC的生长速率与钎焊时间t1/3呈线性关系;时效过程中界面Ni3Sn4IMC及富P层的生长速率与时效时间t1/2呈线性关系。