尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

电场作用下CSP的失效行为

主要研究95.5Sn3.8Ag0.7Cu焊球电迁移过程和焊点的失效行为,发现焊点的电迁移过程主要分为3个阶段:微孔洞的孕育与形成、孔洞的聚集和快速失效阶段。Cu6Sn5生长速率随着环境温度的升高而增大,Cu3Sn在UBM和Cu6Sn5的界面处也随着Cu6Sn5的长大而生成并生长,PCB侧的Cu焊盘在电子风的作用下溶解。焊点的失效模式主要为焊盘的溶解、焊球两个界面的裂纹生长断裂和焊球的熔化。     

Al-C在机械合金化过程中的结构变化

针对C原子的扩散过程，研究了Al-石墨在机械合金化过程中的结构变化.用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪及计算机模拟观察，分析了不同球磨时间的Al-C混合物的结构.结果表明，球磨初期，石墨晶粒尺寸的减小及六角石墨转变为Turbostratic 结构，使石墨的X射线衍射峰迅速减弱，以至消失.随球磨时间的增加，C原子逐渐扩散到Al的点阵中形成固溶体. 将Al-C固溶体进行退火处理，便转变为Al4C3.即使在球磨产物的XRD图中观察不到石墨的衍射峰后，继续球磨数十小时，拉曼光谱表明球磨样品中仍有未与Al反应的单质石墨.     

SABI333焊点拉伸性能及晶界对焊点拉伸性能影响

为了研究焊点拉伸力学性能,选取尺寸相同、晶体取向相似的Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)钎焊接头与Sn3.0Ag3.0Bi3.0In(SABI333)钎焊接头进行相同拉伸速度的拉伸实验.同时,选取SABI333钎焊接头中尺寸相同的单晶焊点与孪晶焊点进行相同拉伸速度的拉伸实验.利用EBSD与SEM对焊点的晶体取向和表面形貌进行表征.结果表明:SABI333焊点的抗拉强度远高于SAC305焊点,并且2种不同成分的焊点呈现完全不同的断裂方式.SAC305焊点发生韧性断裂,SABI333焊点在发生微量塑性变形之后断裂.SABI333焊点中单晶焊点和孪晶焊点在拉伸过程中表现出不同的拉伸性能.孪晶焊点在拉伸过程中未发生塑性变形,并且在钎料基体与铜棒交界处断裂.     

高温高电流密度下BGA焊点电迁移损伤

为了研究球栅陈列封装(ball grid array,BGA)焊点在高温、高电流密度条件下的电迁移损伤演化行为,基于COMSOL Multiphysics 5.5软件提出一种损伤记录方法来模拟电-热-力多物理场耦合的工况,分析电迁移空洞产生和扩展的过程.综合考虑了电子风力、温度梯度、应力梯度和原子浓度梯度4种原子扩散动力对原子迁移的作用.结果表明:电迁移过程中电子风力和原子浓度梯度对电迁移空洞的形成起着主要作用,随着损伤的积累,电流堆积因子不断提高,孔洞周围电子风力作用更加明显,相反,原子浓度梯度通量起到了抑制原子过度迁移的作用.环境温度会影响焊点原子扩散系数,较高的温度下原子扩散系数较大,当环境温度处于高低温循环条件时,应力梯度通量和电子风力通量成为原子迁移主要动力.     

不同Cu/Sn比与IMC-Cu复合微焊点形成速度的相关性

为了研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC-Cu界面生长行为的影响,采用瞬态液相连接技术与热压焊相结合的方法,以泡沫铜、纯Sn和Cu基板为原料,制备IMC-Cu复合微焊点研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC生长行为影响.结果表明:Cu/Sn比对复合焊点中IMC生长行为影响显著.随着焊点中Sn含量的减少,IMC的生长速度增加.降低复合微焊点中Sn含量有利于反应界面处Cu3 Sn的生长;获得全Cu3 Sn-Cu复合微焊点的时间随焊点中Sn含量降低而减少.在相同焊接条件下,Sn质量分数为20％的微焊点在焊接25 min时率先生成全Cu3 Sn接头,较Sn质量分数为40％时焊接时间缩短了20％.当ω(Sn)在20％ ～40％范围内,随焊点中Sn含量减少,Cu3 Sn的生长速度增加,获得全Cu3 Sn-Cu复合微焊点的时间缩短.     

Ti(C,N)基金属陶瓷与3Cr13不锈钢的真空钎焊

采用AgCuZnNi钎料对Ti(C,N)基金属陶瓷和3Cr13不锈钢进行真空钎焊。研究了钎焊温度和钎焊时间对钎焊接头剪切强度的影响,通过SEM和EDS对Ti(C,N)基金属陶瓷/3Cr13不锈钢接头的显微组织、元素分布及断口形貌进行分析。研究表明:随着钎焊温度和钎焊时间的增加,钎焊接头的剪切强度先增大后减小。在钎焊温度为820℃,钎焊时间为10 min的工艺条件下,钎焊接头的结合强度达到最大,其剪切强度为154 MPa。Ti(C,N)基金属陶瓷/3Cr13不锈钢焊缝由Ag基固溶体和Cu基固溶体构成。Ag基固溶体主要集中在焊缝的中部,而Cu基固溶体大多数分布在焊缝两侧与母材结合。Ti(C,N)基金属陶瓷/3Cr13不锈钢接头断裂主要发生在Ti(C,N)基金属陶瓷侧,其断裂方式为脆性断裂。     

SnAgCu-Bi-Ni无铅微焊点的电迁移行为

以直径为400μm的SnAgCu-Bi-Ni(Ag<1%)微焊点为对象,研究了微焊点在电流时效过程中的电迁移行为.对球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点组装电路在不同温度下进行不同时长的电流时效试验.从焊点微观组织和硬度梯度的变化两个方面分析了电迁移现象的行为规律.研究结果表明,电迁移试验后焊点阴极区域金属间化合物(intermetallic compound,IMC)分解,附近形成大量微空洞,Cu焊盘大量消耗,焊点中部和阳极形成了大量(Cu,Ni,)6Sn5化合物,附近形成大量小丘,电迁移作用导致焊点内部微硬度形成由阳极向阴极递减的梯度分布,较高的试验温度显著加快电迁移进程.     

过冷奥氏体转变时原子位移规律

研究过冷奥氏体转变时原子的位移方式具有重要理论价值.原子位移方式不同是区别相变机制的依据之一.过冷奥氏体转变为珠光体、贝氏体、马氏体等组织,最基本的区别是原子位移方式的不同,从高温到低温,原子位移方式是逐渐演化的.研究表明,三个相变中原子位移方式分别是:(1)高温区的共析分解是扩散型相变,原子每次位移距离为一个原子间距.界面扩散是主要位移方式;(2)贝氏体相变是过渡性相变,贝氏体铁素体的形成是无扩散过程,而贝氏体碳化物的形成是扩散过程.铁原子和替换原子进行热激活跃迁位移.原子位移距离小于一个原子间距,各原子位移矢量不等,界面控制.(3)马氏体相变是无扩散的,所有原子进行集体协同位移,原子每次移动距离远远小于一个原子间距.切变机制不正确.在晶格改组过程中,为调整应变能一般需要形成位错、孪晶或层错等亚结构.     

直流电场作用下Au吸附Si（111）表面Ag薄膜的电迁移和相变

目的 研究直流电场作用下不同覆盖度Au吸附Si(111)表面上Ag薄膜的电迁移扩散和相变行为,探索外电场控制制备纳米结构的新途径.方法 在超高真空条件下制备了具有不同表面结构的Au吸附Si(111)表面,并在其上沉积几个单原子层厚的Ag薄膜,利用扫描电镜和反射高能电子衍射原位动态分析了Ag在外电场下的电迁移和相变过程.结果 在清洁的和Au吸附的Si(111)表面Ag均向负极方向迁移,但迁移速率和扩展能力有显著差异,Au覆盖度及相应的表面吸附结构类型是电迁移的控制因素;在(5×2 α-√3×√3)混合结构表面上迁移扩散达到峰值,而由√3×√3-(Ag Au)向√21×√21-(Ag Au)的相转变在Ag薄膜的电迁移过程中起决定作用.结论 半导体表面金属薄膜的电迁移具有结构敏感性,覆盖度低于单原子层的Au可作为调控Ag薄膜电迁移动力学的有效手段.