Cu与液态Sn的相互作用(Ⅱ)——金属间化合物生长的SEM观察

用扫描电镜(SEM)研究了Cu与液态Sn的相互作用。观察到了350℃时Cu_6Sn_5的生长突跃和Sn层中化合物生长的形态。以及Sn-Pb合金中随Pb含量增加Cu_6Sn_5生长趋势减弱。     

热浸镀工艺对SnAgCu镀层组织和Cu6Sn5化合物生长的影响

研究了不同工艺条件下在C194铜合金表面热浸镀SnAgCu镀层的组织和金属间化合物(IMC)Cu_6Sn_5的形成过程。结果表明,镀层中存在Sn、Ag_3Sn和Cu_6Sn_5 3种相。镀层的外层组织为富Sn层,内层组织为IMC层,富Sn层由网格状的初生相β-Sn和分布在网格空隙间的共晶组织组成,在Cu_6Sn_5化合物层中存在一些开放型和封闭型的孔隙。Cu_6Sn_5固相在生长过程中存在取向选择生长。热浸镀温度为260℃和280℃时,IMC层形成了不同的组织结构。IMC层中的"锯身"部分是在升温和保温过程中形成的,晶粒主要是横向生长,此阶段Cu_6Sn_5固相生长主要是由熟化扩散通量控制的,"锯齿"部分是在镀层降温过程中形成的,晶粒主要是纵向生长,此阶段Cu_6Sn_5固相生长主要是由取向选择生长控制的。     

热老化条件下Sn3.5Ag/Cu界面反应的研究

研究了Sn3.5Ag/Cu界面金属间化合物层(IMC)生长演变规律及界面迁移机理。结果表明,随着热老化时间的延长,IMC层逐渐变厚,并且Cu_3Sn的生长速度快于Cu_6Sn_5,整个化合物层的生长速度逐渐放缓。通过分析Cu的溶解量、化合物的生长,发现IMC同时向Sn3.5Ag和Cu两端生长。由于Cu_3Sn/Cu_6Sn_5界面反应逐渐趋于平衡,该界面的迁移逐渐放缓。     

电场作用下Cu/Sn/Cu扩散偶的界面扩散行为

利用同步辐射X射线研究了电场作用下Cu/Sn/Cu扩散偶的界面扩散行为及微观组织演变。分别在无电流、双向脉冲电流和直流电流作用下探究了Cu_6Sn_5的生长动力学。结果发现,双向脉冲电场可以显著抑制Sn/Cu界面Cu_6Sn_5的生长,迫使Cu_6Sn_5在Sn焊料中以板条状析出。而直流电场可以有效促使Cu/Sn/Cu扩散偶中的Cu_6Sn_5从阳极向阴极方向生长。     

INTERACTION BETWEEN Cu AND LIQUID Sn——Also on Physical Meaning of Wetting Curve

用显微结构方法研究了Cu与液态Sn的相互作用;作出了浸沾时间与Cu溶解扩散的关系图。温度升高至350℃时金属间化合物Cu_6Sn_5的生长有突跃,以羽毛状迅速生长并突破沾Sn层。研究了抑制金属间化合物生长的各种方法。根据上述研究,详细讨论了meniscograph方法所得润湿曲线的物理意义。     

Cu与液态Sn的相互作用——兼论润湿曲线的物理意义

用显微结构方法研究了Cu与液态Sn的相互作用;作出了浸沾时间与Cu溶解扩散的关系图。温度升高至350℃时金属间化合物Cu_6Sn_5的生长有突跃,以羽毛状迅速生长并突破沾Sn层。研究了抑制金属间化合物生长的各种方法。根据上述研究,详细讨论了meniscograph方法所得润湿曲线的物理意义。     

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%。     

基于纳米压入法研究Sn3.0Ag0.5Cu焊点金属间化合物的应变率效应

采用纳米压入法对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊点金属间化合物(IMCs)Cu_3Sn和Cu_6Sn_5进行测试,对其不同压入应变率下(P/P=0.01,0.05,0.25,0.5 s~(-1))的力学性能进行研究。结果发现金属间化合物具有应变率敏感性,Cu3Sn和Cu6Sn5加载曲线的锯齿流变不同,表明两者在弹-塑性转变过程中的位错成核与增殖程度不同;不同应变率下Cu_3Sn和Cu_6Sn_5的接触刚度均与压入深度呈线性关系且Cu_3Sn的弹性模量和硬度明显高于Cu_6Sn_5,随着应变率的增大二者的硬度值均增大而弹性模量则基本不变。加载应变率较高时保载段的蠕变位移较大,以应变率为0.05 s~(-1)时的蠕变数据为研究对象,Cu、Cu_3Sn、Cu_6Sn_5和Sn3.0Ag0.5Cu焊料的蠕变应变率敏感指数m分别为0.0163,0.0117,0.0184和0.0661。     

Cu/Sn/Cu微焊点界面反应的微观组织

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了Cu/Sn/Cu微焊点焊后态以及110℃×400h时效态的界面反应状况。结果表明,Cu/Sn/Cu微焊点界面反应后的组织由Cu_6Sn_5、Cu_3Sn与β-Sn构成。经110℃×400h时效后,β-Sn被大量消耗,Cu_6Sn_5由焊后态的扇贝状向多边形块状转变,Cu_3Sn仍保持长条状。另外,400h时效后,Cu_6Sn_5的(0001)面择优取向特点不变,且0001晶向平行于RD(轧向)方向。计算取向差角分析400h时效后生成的Cu_6Sn_5界面类型,发现取向差角分别约为53°、45°、36°,为大角度晶界。组织形貌与晶粒取向分析的结果表明,等温时效对焊点微观组织取向影响较小,但对组织的转变与生长影响极大。     

Nb_6Sn_5生成Nb_3Sn的生长特性

采用Nb管富Sn固-液相扩散法,研究了Nb_6Sn_5向Nb_3Sn转化过程中Sn的扩散方式及微组织结构.实验结果表明:Nb_3Sn层生长受Nb_6Sn_5分解时Sn的短程扩散和长程扩散两种机制的控制,分别形成晶粒较粗的内层和晶粒较细的外层;粗细晶粒的差别和热处理温度有关.根据此机制得出的扩散方程解与Nb_3Sn生长曲线符合得很好.     

Cu/Sn/Cu超声-TLP接头的显微组织与力学性能

利用超声波辅助过渡液相(超声-TLP)软钎焊工艺方法对Cu/Sn/Cu结构进行了钎焊实验,在极短的时间内获得了全Cu-Sn金属间化合物接头,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明,超声-TLP接头由15μm厚的Cu_6Sn_5中间层和1μm厚的Cu_3Sn边界层构成。在超声波作用下,Cu_6Sn_5晶粒呈现小尺寸等轴状,80%的Cu_6Sn_5晶粒直径在5μm以下。由细化的Cu_6Sn_5晶粒构成的接头表现出较均匀的力学性能,具有较稳定的弹性模量和硬度,分别为123 GPa和6.0 GPa;同时具有较高的互连强度,达到了60 MPa。     

INTERACTION BETWEEN Cu AND LIQUID Sn—Also on Physical Meaning of Wetting Curve

The interaction between Cu and liquid Sn was studied by microstructure observation.Thecurve of the dipping time with related to dissolving and diffusion of Cu in liquid Sn is given.The Cu dissolves rapidly in liquid Sn at the beginning,then an intermetallic compoundCu_6Sn_5 forms,and the dissolving follows to slow down.At temperature up to 350℃,the hardfeather-like Cu_6Sn_5 is sharply growing up and speads through the dipped Sn laver.The wayto inhibit the growth of the intermetallic compound Cu_6Sn_5 was also approached.Thus,on theabove mentioned basis,the physical meaning of the wetting curve traced by the meniscographwettability tester has been derived as film detaching,Cu dissolying and Cu_6Sn_5 growing.     

Sn-58Bi/Cu界面化合物相表面在固态时效下的快速演化

通过对Cu/Sn-58Bi/Cu互连接头在120℃时效0天、 1天、 3天和5天试验,观察界面化合物在接头表面生长与演化;发现Sn-58Bi/Cu界面化合物表面具有2种形貌:靠近钎料端的界面化合物大而紧实;靠近铜端小而松散,呈颗粒状;化合物生长速率在时效初期(0～3天)非常迅速,认为是Cu_6Sn_5控制的化合物生长过程; 3～5天的化合物生长,主要由消耗Cu_6Sn_5形成Cu_3Sn的过程控制,化合物生长变慢。     

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。     

INTERACTION BETWEEN Cu AND LIQUID Sn(II)——SEM OBSERVATION OF INTERMETALLIC GROWTH

The features of Cu_6Sn_5 growing slowly at lower temperature and growing rapidly up over350℃,and or Cu_3Sn growing at higher temperatures,bave been detailedly observedunder SEM.The increase of Pb content seems to inhibit sequentially the growth ofCu_6Sn_5 in Pb-Sn alloy.     

等温时效对小间隙Cu/Sn/Cu焊点组织及性能影响

研究了焊点高度为10μm的Cu/Sn/Cu微焊点接头在110℃下分别进行200、400、600、800h等温时效后界面CuSn金属间化合物的显微组织及剪切强度的演变。结果表明,随着时效时间延长,界面的金属间化合物由初始的扇贝状Cu-_6Sn_5组织逐渐演变为层状的Cu_3Sn和Cu_6Sn_5组织,并且界面金属间化合物在时效作用下不断消耗钎缝中的β-Sn向焊点中部生长,800h时效后焊点组织完全被Cu_3Sn和Cu_6Sn_5金属间化合物所取代;另外,随着时效时间的延长及界面金属间化合物的演变,焊点的剪切强度不断提高,其中当时效时间达到400h时,两端界面金属间化合物发生部分接合,剪切强度增幅较大;800h时效后试样的剪切强度为最大值。断口形貌分析表明,随着时效时间延长,焊点的断裂机制由韧性剪切断裂演变为脆性剪切断裂。     

铜板带热镀锡工艺研究

通过调控T2紫铜板带热镀锡工艺中的镀锡温度与镀锡时间,得到不同厚度的铜锡化合物层(Cu_6Sn_5),并利用扫描电子显微镜确定Cu_6Sn_5层的厚度,研究了当镀锡时间和温度中一个变量发生改变时Cu_6Sn_5层厚度的变化规律。结果表明:当热浸镀锡时间一定时,Cu_6Sn_5层的厚度随着温度的增加而增加;当镀锡的温度低于某个温度时,Cu_6Sn_5层的厚度与热浸镀锡时间的关系不大;当热浸镀锡温度为280℃、镀锡时间为4～6 s时,Cu_6Sn_5层的平均厚度为4.25μm,最接近国外生产的铜板带热浸镀锡产品的Cu_6Sn_5层厚度。     

Sn2.5Ag0.7Cu_xRE钎焊接头组织和高温蠕变行为的研究

通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜以及抗蠕变试验机等,研究Sn2.5Ag0.7Cu_xRE钎料合金以及钎焊接头的组织和高温蠕变行为。结果表明,Sn2.5Ag0.7Cu合金组织由富Sn基体相及共晶相构成。共晶相包含二元共晶相β-(Sn)+Cu_6Sn_5、Ag_3Sn+β-(Sn)和三元共晶相β-(Sn)+Ag_3Sn+Cu_6Sn_5。随着稀土含量的增加,合金组织细化作用显著,界面IMC的厚度降低,IMC由尺寸较大的扇贝状转变为波浪状。同时,合金蠕变断裂寿命不断增高,最高可以超过100 h,合金的晶界越来越明显,没有再结晶现象。     

Sn–xAg无铅焊料中Ag含量对其显微组织、腐蚀行为和与Cu基体界面反应的影响（英文）

研究不同Ag含量(0、3.0%、3.5%、4.0%和5.0%,质量分数)对预焊Sn-xAg无铅焊料显微组织和腐蚀行为的影响,以及对焊料与铜基体间形成金属间化合物界面层的影响。Ag含量对焊料中Ag_3Sn相的形貌有一定的影响。显微组织分析结果表明,在3.0Ag和3.5Ag焊料中,β-Sn相被共晶组织网络所包围;在4.0Ag和5.0Ag焊料中,形成大的片状Ag_3Sn相。但是,动电位极化曲线测试结果显示,Ag含量对铸态焊料腐蚀行为的影响甚微。与铜基体焊接后,在Sn-xAg/Cu界面处仅形成单层的Cu6Sn5金属间化合物。与未掺Ag的焊料相比,掺Ag的焊料与基体的界面中形成的Cu_6Sn_5金属间化合物层更薄。与4.0Ag和5.0Ag焊料中形成的大片状Ag_3Sn相比,在3.0Ag和3.5Ag焊料中析出的共晶网络中细小的Ag_3Sn颗粒沉淀,能更有效地抑制Cu_6Sn_5晶粒的生长。     

电镀铜薄膜及其锡焊点界面化合物形貌

文中采用直流电沉积的方法,研究电流密度对铜薄膜织构、形貌的影响。得到具有(111),(110)择优取向的铜薄膜样品。其中(111)取向的铜薄膜表面,呈现出整体柱状上的层状结构,在柱状结构的顶部为锥形;具有(110)面择优生长的薄膜表面分布有凹凸不平、尺寸不一的颗粒。在此基础上,选取具有(111)面择优、无择优面的铜薄膜与锡进行液固反应,得到Sn/Cu焊点,焊点界面处的化合物为Cu_6Sn_5相。观察发现具有织构的薄膜上生长的Cu_6Sn_5相为小平面棱角结构,也具有一定的择优生长面,而无织构的薄膜上形成的化合物相顶部为光滑的扇贝状。