无铅镀层锡晶须问题的研究进展

全球电子封装行业的无铅化趋势,使得镀层锡晶须自发生长的问题变得十分突出。由于晶须的导电性可以引起高密度封装引脚之间短路,从而使电子产品失效甚至引发灾难性的事故,因此研究并阐明锡晶须生长机理、探索有效抑制锡晶须生长的手段、寻找合适的锡晶须生长加速实验方法评估电子产品的可靠性,成为当前亟需解决的问题。本文从锡晶须问题的由来,锡晶须的危害、锡晶须生长的机理、影响锡晶须生长的因素、抑制锡晶须生长的方法和锡晶须生长加速实验方法等几个方面,对锡晶须问题尤其是近年来这方面的研究进展作一简要评述,并提出一些需要研究的课题。     

管脚无铅覆层的Sn晶须问题

Sn镀层表面在某些情况下会长出长达数百微米的晶须,在电子器件服役过程中会导致电路短路等严重的可靠性问题。目前普遍认为内部压应力是导致Sn晶须生长的主要动力之一;晶须生长所需的Sn原子主要以扩散方式或位错运动方式提供,而温度因素既影响原子扩散速度,又影响镀层的应力松弛。预镀Ni或者预先热处理以形成扩散阻挡层来抑制晶须生长的方法较为常用。温度循环是加速晶须生长的一种有效手段。     

原位反应法制备晶须增强多孔陶瓷研究进展

多孔陶瓷在排放控制、医疗、油气开采、能源及复合材料制备等方面都有广泛应用。晶须增强多孔陶瓷具有独特的微观结构和优良的力学性能,已成为多孔陶瓷的研究热点之一。介绍了固相反应烧结法、直接发泡法、冷冻注模法、有机泡沫浸渍法、添加造孔剂法等原位反应方法制备晶须多孔陶瓷的技术和晶须生长机制,并提出了未来的研究方向。     

外加电场对硫化镉晶须生长的影响研究

在外加电场的条件下利用物理热蒸发法制备硫化镉晶须,借助扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪和透射电子显微镜以及X射线衍射仪,研究外加电场对硫化镉晶须生长的影响.结果表明硫化镉晶须的生长应遵循氧化物辅助生长机制;无论外加电场存在与否,沉积温度越高,硫化镉晶须越粗越长,但是沉积温度对硫化镉晶须的形状没有影响;在有电场和无电场条件下的硫化镉晶须的形貌有很大差异,外加电场大大促进了硫化镉晶须沿一维方向上的生长,这可以由带电团簇模型来解释.     

热蒸发工艺中碳源微观结构对SiC晶须生长的影响

通过高温热蒸发硅粉工艺,以鳞片石墨、膨胀鳞片石墨、纳米炭黑和微米炭黑为碳源制备SiC晶须,研究了碳源结构对SiC晶须生长的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段对不同碳源和制得样品的微观形貌和结构进行表征。结果表明:SiC晶须更容易在膨胀鳞片石墨和纳米炭黑表面生长,碳源具有乱层堆垛石墨结构和合适的晶粒尺寸是SiC晶须生长的决定性因素。     

SiC晶须制备工艺的研究

实验以高含氢硅油(H-PSO)为原料, 在石墨材料表面制备SiC晶须, 利用“正交试验法”以结晶率为指标, 研究热处理温度(T)、保温时间(t)、保护性气氛流量(f)和基体孔隙率(P)这四个因素对SiC晶须生成的影响。通过扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱及X射线衍射等测试手段, 分析了SiC晶须形貌及结构特点。实验结果表明, 热处理温度是影响SiC晶须生成最重要的因素, 其影响程度远远大于其他参数, 其次是气流量、孔隙率和保温时间。安全流量范围内, 较高的气流量使SiC晶须生成反应充分进行; 较小的孔隙率有利于SiC晶核的长大; 高的热处理温度及长的保温时间能促进SiC晶须的继续生长。SiC晶须是以SiC晶相为核, 以硅的氧化物为壳的核壳结构。     

无铅镀层表面的锡须形貌、测量和风险评估

在25℃H50%的常温常湿条件下,对纯Sn镀层引脚的锡须生长进行了评估.无铅化纯锡镀层表面的锡须呈现针状、圆柱状、小丘状、束状等多种不同显微形貌.外界环境与锡须的生长形貌无关,锡须生长部位特定的材料内部应力条件和晶体缺陷环境是决定晶须形貌的主要因素.经过500 h的常态老化,镀层上短晶须占多数,只发现了极少量长度超过50μm的锡须,而正是这少量的长晶须是造成铜互连引线间锡须桥连短路的主要因素.抑制少量超长的针状晶须的生长是防止晶须生长风险的关键.     

α－Si_3N_4晶须、晶柱与生长温度关系的研究

本文采用无定形氮化硅超细粉制备α－Ｓｉ_３Ｎ_４晶须和晶柱，并对生长温度对晶须中的缺陷的影响进行了研究。结果表明：晶须生长时能否得到完整的晶体，与其生长温度有关，只有某一温度范围（１４３０℃±３０℃）生长时，才能得到比较完整的晶体，晶须的生长温度太高或太低均会引起晶体生长的不完整性，晶须中会出现大量的缺陷，温度继续升高时，在晶须中又出现了晶粒，继而生长成晶柱。     

碳化硅纳米晶须生长和显微结构

采用两步生长生在碳化硅纳米晶须，首先是二氧化硅与硅反应生成一氧化硅，再与碳纳米管先驱体反应生成β－ＳｉＣ纳米晶须，其直径为３～３５ｎｍ，长度为２～２０μｍ，用高分辨透射电镜研究晶须形貌，显微结构，讨论了碳化硅纳米晶须生长机制。     

碳热还原法合成AIN晶须及其生长机理

以Al2O3和石墨为原料，采用碳热还原法制备AIN晶须.研究了矿化剂的种类及温度等工艺对AIN晶须合成的影响结果表明，以CaF2和B2O3为矿化剂的AIN品须是以VLS机制生长的，高温下VLS机制可以转变为VS机制，同时存在两维成核及螺位错生长过程，晶须生长方向大多呈{101n}，（n=0，1，2，3）及{121m}，（m=0，1；2）的晶面生长     

The effects of SiC whiskers and an SiC film coating deposited by chemical vapor infiltration (CVI) on a porous cordierite substrate

This study was performed with the goal of reducing environmental pollution caused by nano-particle materials. SiC whiskers were grown on a porous cordierite substrate to enhance its filtering efficiency, performance, and durability by controlling pore morphology. We investigated two different methods: SiC whisker growth (A) and SiC film coating after the SiC whisker growth (B). These experiments were performed using the chemical vapor infiltration (CVI) process to grow the whiskers in the inner pore without closing it. After a 1 h deposition at 1200 °C, the compressive strength of the whiskered porous cordierite body increased from 24 MPa to 60 MPa (250%) in experiment (A) and to 82 MPa (342%) in experiment (B). The mean pore size was reduced after whisker growth (A) as well as after additional film coating (B). The adhesion strength between the whiskers and the cordierite substrate increased with the additional film coating (B). Consequently, the separation of whiskers from the substrate was minimized. N₂ gas was injected and a permeability change was observed which explains the separation of the whiskers from the substrate. This method makes the filtration of nano-sized particles feasible.     

热蒸发法碳化硅纳米晶须阵列的合成与表征

在1600℃不同真空度下, 采用热蒸发硅的方法, 在石墨基板和聚丙烯腈(PAN)炭纤维两种碳源基体原位生长具有一定取向的碳化硅纳米晶须——垂直于石墨片表面森林状和试管刷状碳化硅纳米晶须阵列。通过X射线衍射及场发射扫描电镜, 发现晶须为3C-SiC, 直径约100nm, 长度约50μm。炭纤维表面的产物顶端多为针尖状, 而石墨片表面的产物多为六方棱柱状。因其纳米尺寸效应, 在380nm波长的光激发下, 所制晶须在波长为468nm 附近出现光致发光峰。透射电镜、 多点衍射电子衍射图表明, 所制得的3C-SiC晶须为单晶, 其生长方向为3C-SiC的[111]方向。基于反应过程中硅熔体与碳源分离的事实, 讨论了3C-SiC晶须阵列生长的气固反应机理。      

激光照射原位生成SiC晶须时粘结剂对晶须的影响

进行了含粘结剂和不含粘结剂的SiC纳米颗粒激光照射原位生成SiC晶须的比对试验,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了晶须的相组成和微观形貌,研究了粘结剂对生成晶须的影响。结果表明,在适当的激光参数下,不含粘结剂和含粘结剂的样品中均有晶须生成,不含粘结剂样品中晶须数量较少,而含粘结剂样品中晶须数量众多,且尺寸、形态各异。SiC纳米颗粒中掺入粘结剂可大幅度提高SiC晶须的生成数量,但并不影响晶须的纯度。     

晶须增强氮化硅陶瓷自生复合材料

本文提出了两种制备氮化硅陶瓷自生复合材料的方法:以氟化钙为添加剂,对硅坯体直接进行氮化;经预氮化后的反应烧结氮化硅多孔体,在含酚醛树脂和硅酸乙酯的无水乙醇溶液中浸渍处理后,再经过高温热处理,分别可得到以β-Si₃N₄和β-SiC晶须增强的氮化硅陶瓷复合材料。同时,还对生长条件对晶须的形态,以及自生晶须对氮化硅陶瓷力学性能的影响进行了探讨。     

含氢硅油制备SiC晶须的研究

以高含氢硅油为原料,在石墨基体上生长出SiC晶须。主要研究石墨基体的表面状态和加热温度对SiC晶须生长的影响,探究SiC晶须形成过程。影响SiC晶须形核和生长的主要因素为热处理温度,随着热处理温度的升高,SiC晶须的结晶产量也相应增高。石墨基体的表面状态对SiC晶须的形成也有一定的影响,随着石墨基体缺陷提供形核点的增多,SiC晶须的结晶产量提高,并且出现相互搭接的现象。SiC晶须的形成过程分为形核和生长两个部分,低温形核,高温生长,遵循VLS(气-液-固)生长机理。     

哑铃形碳化硅晶须的微观结构分析

利用透射电子显微镜观察和分析了仿生哑铃形碳化硅晶须的微观结构。这种碳化硅仿生晶须由成分和结构均不相同的两部分构成：中间是直杆状碳化硅晶须。在晶须上包裹着非晶态的念珠小球。由于成分组成的不同,念珠状小球具有均匀的和不均匀的两种微观结构;由于在其中存在大量的微孪晶、堆垛层错等缺陷,直杆状晶具有一维无序、竹节状等复杂的微观结构。在具有不同微观结构和形貌的直杆状晶须上,念珠状小球的开关和分布也有所不同。念球状小球中单质Ｓｉ的含量是影响仿生晶颜色的主要因素,Ｓｉ含量越高则仿生晶须的颜色越深。仿生晶须的生成过程是：先由气相反应生成直杆状碳化硅晶须,然后在直杆状碳化硅晶须上沉积生成非晶态念珠状小球。     

Factors determining the diameter of silicon carbide whiskers prepared by chemical vapor deposition

Since the whisker diameter is one of the important parameters for determining the characteristics of whisker-related systems, an understanding of the factors that affect its size is of great value for whisker preparation. In this study, chemical vapor deposition (CVD) of silicon carbide (SiC) whiskers using a gas mixture of methyltrichlorosilane and hydrogen has been conducted in a hot-wall reactor on graphite plates coated with Ni as a liquid-forming agent. The deposited SiC whiskers are then characterized by scanning electron microscopy (SEM) to determine their nucleation and growth behavior. Experimental results show that the diameter of SiC whiskers is determined by both the vapor—liquid—solid (VLS) mechanism and vapor—solid (VS) radial deposition, where the former is affected by the area of the solid—liquid interface from which the crystal precipitates and the latter by the thickening kinetics of vapor-deposited SiC on the lateral face. However, a comparison of the two factors indicates that an appropriate choice of the diameter of liquid droplets for VLS whisker growth is more effective than radial VS deposition for obtaining whiskers of desired diameters.     

SiC 晶须表面成分和涂层对抗氧化性的影响

用 XPS、BET 和 EPR 方法对五种 SiC 晶须的表面成分、比表面、Si 悬挂键进行了测定。用TG-DTA 方法研究了表面涂层和未涂层的 SiC 晶须的抗氧化性能。结果表明:SiC 晶须的抗氧化性主要取决于起始表面氧含量;在表面涂覆 Al_2O_3,SiO_2和 Mullite 后,SiC 晶须无论是表面抗氧化性和体积抗氧化性均得到显著改善。表面抗氧化性的改善是由于涂层使 SiC 表面 Si 悬挂键减少,而体积抗氧化性改善是由于涂层增加了氧扩散阻力。