钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊组织与性能

针对TC4钛合金仿莲房特征芯体与面板钎焊工艺,采用TiZrCuNi钎料,开展了钎焊工艺研究,并分析了主要钎焊工艺参数对钎焊界面组织和夹层结构力学性能的影响。结果表明：钎焊温度920℃,保温时间90min时, TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊后界面焊合率良好,界面显微组织为均匀针状α组织和界面金属间化合物,夹层结构平压强度均值为15.14MPa。钎焊保温时间对TC4钛合金仿莲房特征芯体钎焊界面显微组织影响显著,当钎焊保温时间较短时(15min),钎料熔化后,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间较短,钎料中Cu和Ni向母材中的扩散反应不充分,钎缝区局部Cu和Ni元素富集导致Cu和Ni元素含量超过共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时发生共晶反应,生成块状金属间化合物,钎焊界面主要为含有块状金属间化合物的凝固钎料组织和针状α组织;随着钎焊保温时间的增加,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间增加,钎料中Cu和Ni元素向母材中扩散反应深度显著增加,从而Cu和Ni元素在液态钎料中的含量显著降低,元素含量小于共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时Cu和Ni元素固溶于β相中,避免大量块状金属化合物生成,随后β相向α相的固态相变时,共析反应生成针状α相,在针状α组织界面处生成金属间化合物。钎焊时间保温时间从15min升至90min时,由于钎焊界面金属间化合物减少,TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构的平压强度逐渐增加。     

钛合金仿莲房芯体夹层结构钎焊界面组织与性能

针对TC4钛合金仿莲房特征芯体与面板钎焊工艺,采用TiZrCuNi钎料开展了钎焊工艺研究,并分析了主要钎焊工艺参数对钎焊界面组织和夹层结构力学性能的影响。结果表明:钎焊温度920℃,保温时间90min时,TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构钎焊后界面焊合率良好,界面显微组织为均匀针状α组织和界面金属间化合物,夹层结构平压强度均值为15.14 MPa。钎焊保温时间对TC4钛合金仿莲房特征芯体钎焊界面显微组织影响显著,当钎焊保温时间较短(15 min)时,钎料熔化后,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间较短,钎料中Cu和Ni向母材中的扩散反应不充分,钎缝区局部Cu和Ni元素富集导致Cu和Ni元素含量超过共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时发生共晶反应,生成块状金属间化合物,钎焊界面主要为含有块状金属间化合物的凝固钎料组织和针状α组织;随着钎焊保温时间的增加,液态钎料中Cu和Ni元素与母材反应时间增加,钎料中Cu和Ni元素向母材中扩散反应深度显著增加,从而Cu和Ni元素在液态钎料中的含量显著降低,元素含量小于共晶成分点,钎焊保温结束后液态钎缝凝固时Cu和Ni元素固溶于β相中,避免大量块状金属化合物生成,随后发生β相向α相的固态相变时,共析反应生成针状α相,在针状α组织界面处生成金属间化合物。钎焊保温时间从15 min升至90 min时,由于钎焊界面金属间化合物减少,TC4钛合金仿莲房特征芯体夹层结构的平压强度逐渐增加。     

变质铝-硅钎料性能的研究

本文研究了铝-硅共晶钎料经锶变质后钎料及钎缝组织和性能的变化,并考察了少量铜对变质钎料的影响。结果表明,经锶变质的铝-硅共晶钎料在机械性能、抗腐蚀性能和工艺性能几方面均较未变质钎料有提高,在变质钎料中加入少量铜,可以进一步提高钎焊接头的抗腐蚀性。     

TiNiB高温钎料钎焊TiAl基合金接头微观组织

采用电弧熔炼TiNiB合金作为高温钎料对TiAl合金进行钎焊,研究了接头界面组织的形成及其随钎焊温度变化的演化过程.电弧熔炼的TiNiB合金钎料主要由Ti-Ni与TiNi3共晶组织及弥散分布的块状TiB2组成,DTA测试曲线表明钎料的熔点为1 120℃.钎焊过程中,TiAl基体向液态钎料中的溶解量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化过程.随着活性元素Ti和Al向液态钎料溶解量的增加,靠近钎缝侧的TiAl基体发生固态相变转化为β层;钎缝组织演化为Ti-Al-Ni三元化合物,并伴有少量的β相;块状的TiB2在过量活性元素Ti存在的情况下逐渐转变为长条状的TiB相.     

钎焊中Au80Sn20共晶钎料与Ni/Au镀层的界面反应

采用Au80Sn20共晶钎料钎焊4J34可伐合金基板与铝硅基板(50%Si-Al),板材表面均有Ni/Au镀层。通过光学显微镜研究了工艺参数对钎缝宏观形貌的影响。采用扫描电镜、EDS能谱分析和XRD检测研究了钎缝组织成分以及钎料与基板、基板镀层间的元素扩散和界面反应,从而探究异种金属材料钎焊连接机理。结果表明,钎焊时,基板材料表面的Au层完全进入钎料中,暴露出的Ni层与钎料中的Sn形成金属间化合物Ni_3Sn_4,钎料发生共晶反应生成AuSn共晶与Au5Sn棒状枝晶,并析出大量的Au,Au_5Sn包围在Ni_3Sn_4外围,钎料中间层形成AuSn共晶与富Au区。基板元素Fe、Co、Al、Si和钎料元素Au、Sn均无法通过Ni镀层的阻挡相互扩散,唯一能突破Ni镀层在基板和钎料中扩散的是P元素。     

Au-Ag-Si钎料薄带加工工艺的研究

根据Au-Ag-Si系三元相图制定了熔化温度在450～500℃的共晶钎料合金，针对该共晶合金的难加工性，对其加工工艺进行厂研究。结果表明：采用二次熔炼铜模浇铸的铸锭方式可以获得均匀、细小的共晶组织：组织组成为α初晶 (α β)共晶的亚共晶合金比α β的共晶合金更有利于加工；采用先包覆Al热轧再进行冷轧结合中间退火的工艺可以制得厚度为0．1mm表面质量较好的钎料薄带。     

BiAgNiCuGe/Cu接头抗剪强度与断口分析

利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)、电子拉伸试验机对Bi-x Ag-O.4Ni-0.2Cu-0.1Ge(x=2,5,8,11,14)高温无铅钎料/铜接头进行了界面微观组织分析、抗剪强度测试及剪切断口分析.结果表明,界面微观组织由初生Ag原子、初晶Bi原子和共晶组织组成,还有少量的NiBi3相.随着钎料中Ag元素含量的提高,微观组织中初生Ag原子数量逐渐增多,宏观性能上接头抗剪强度提高.初生Ag原子能够阻碍钎料中裂纹的扩展,使得接头的强度提高.钎料与铜基板之间没有金属间化合物生成,它们之间的连接主要是通过液态钎料原子向铜基板晶界扩散.钎料中的Bi原子向铜基板晶界的扩散程度高于Ag原子.钎料与铜基板界面的连接处为接头薄弱区,是剪切断裂的起点.     

Bi对Sn3.5Ag共晶合金钎料性能的影响

研究了添加Bi元素对Sn3.5Ag共晶合金钎料性能的影响,对Sn3.5AgxBi(x=0,3,5,7)钎料的熔点、力学性能和热蠕变性能与传统Sn37Pb钎料作了对比试验分析.结果表明:Sn3.5Ag5Bi钎料具有良好的综合性能,实用价值较高,Bi的添加量应控制在5%左右,过多的Bi元素会导致钎料的液固相线温度差增大,韧性下降.     

凝固条件和应变速率对Sn-58Bi钎料拉伸性能和断裂行为的影响

研究了熔炼制备的Sn-58Bi无铅钎料于水冷、空冷、炉冷三种方式冷却后在应变速率0.001,0.002,0.004 s−1下的拉伸性能和断裂行为. 结果表明,水冷和空冷钎料共晶组织细小,尤其是空冷钎料共晶组织更为均匀,而炉冷钎料共晶组织粗大且偏析严重. 随着应变速率增大,三种钎料抗拉强度均提高而断后伸长率均变小. 炉冷钎料组织偏析导致硬脆富Bi相聚集,抗拉强度最大,但断后伸长率极低,为典型的脆性断裂;水冷和空冷钎料的均细共晶组织显著提高了钎料断后伸长率,具有更均匀共晶组织的空冷钎料断后伸长率最大,呈现韧性或韧脆性混合断裂.     

稀土Ce对Cu-Ag-P钎料钎焊接头组织和性能的影响

研究结果表明:当Ce含量为0.01%～0.025%时,钎料的流动性能优于不含稀土时的性能,但是对于Cu-Ag-P钎料钎焊接头强度没有明显影响.CuAg钎料钎焊接头组织为亚共晶,初生相为富Ag和P的α-Cu固溶体,共晶体组分为α-Cu固溶体 Cu3P.与不含稀土CuAgP钎料相比,Ce细化了钎缝组织,是改善钎料填缝性能的主要原因.     

超声振动和直流电耦合作用对润湿行为的影响

采用平衡润湿测试法研究了270 ℃时,施加超声振动和直流电耦合作用对液态Sn钎料在Cu基体上润湿行为的影响。通过对润湿平衡曲线的测量发现：超声和直流电耦合作用能显著改善Sn钎料的润湿性,随着超声功率和电流强度的增加,最大平衡润湿力也随之增加。对润湿过程中界面微观结构的观察结果显示,超声和直流电耦合作用增强了Cu基体在熔融Sn钎料中的溶解,促进了界面金属间化合物的析出。利用有限元软件对液态Sn钎料内部的声压分布进行模拟,发现最大声压发生在超声探头的端部。在超声振动和直流电耦合作用下,界面析出金属间化合物时所产生的化学驱动力以及超声和直流电作用引起钎料内部强烈的对流作用共同促进了三相线的移动,从而改善了钎料润湿性。     

Al元素对亚共晶SnBi钎料接头组织及力学性能影响

通过向亚共晶Sn30Bi钎料中添加Al元素,制备新型Sn-30Bi-xAl低温无铅钎料,采用扫描电镜和拉伸力学实验等研究了时效前后Sn30Bi-Al钎料合金的微观组织及力学性能。结果表明:向亚共晶Sn30Bi钎料中加入Al元素,能够一定程度上抑制焊后接头中形成网状共晶组织,以及Bi相团聚,当Sn30Bi-Al合金中Al元素含量为0.3%时,对网状共晶组织形成和Bi相团聚的抑制作用最佳;在时效过程中,向Sn30Bi合金中添加Al元素,能够一定程度上抑制Bi相团聚,降低界面IMC层生长速率;当Al含量为0.3%时,Sn30Bi-0.3Al接头的力学性能最佳。     

超声作用下Fe/Sn体系的润湿行为

采用润湿平衡法研究了超声波作用下熔融纯锡钎料在铁基板上的反应润湿性能. 通过测试锡铁体系的润湿力曲线，结合超声波的传播特性以及润湿后母材的微观形貌，对超声波作用下纯Sn钎料在母材铁片上润湿过程进行了详细描述，分析了超声波在润湿过程中起到的作用. 结果表明，在Sn/石英片润湿过程中附加超声波使得其润湿力增加. 在反应体系润湿力测试过程中附加超声波，能够减少钎料润湿母材的时间，增大钎料对母材的润湿力. 随着超声时间和超声功率的增加钎料润湿母材的时间减小，润湿力增大，固/液界面反应加剧，界面上生成了越来越厚、越来越致密的金属间化合物，使得母材表面相对于原始表面变得粗糙，从而润湿过程更容易进行，并且母材的表面张力的减小，使得润湿力增加.     

纳米Ti颗粒对三维封装Sn互连材料组织与性能影响

Sn作为三维封装芯片堆叠瞬时液相键合主要互连材料之一,本文研究了纳米Ti颗粒对三维封装Sn互连材料组织和性能的影响。结果表明：微量的纳米Ti颗粒可以提高Sn膏在铜基板表面的润湿铺展面积,显著增加Sn焊点的拉伸力和剪切力,但是过量的Ti纳米颗粒会恶化焊点的力学性能。基于Ti纳米颗粒含量优化分析证实纳米Ti颗粒的最佳添加量为0.1wt.%左右。对Cu/Sn/Cu和Cu/Sn-0.1Ti/Cu三维封装模拟件进行分析,发现Cu/Sn-0.1Ti/Cu焊点界面金属间化合物的厚度明显小于Cu/Sn/Cu,证实0.1wt.%可以显著降低金属间化合物的生长速度。 基于有限元模拟,发现0.1wt.%Ti可以显著降低三维封装互连焊点的应力-应变,提高三维封装互连焊点的可靠性。     

Optimal conditions for the wetting balance test

Wetting balance tests of copper sheets submerged in tin solder baths were carried out in a completely automatic wetting balance. Wetting curves were examined for three different values of sheet thickness and four different solder bath temperatures. Most of the wetting curves showed a distorted shape relative to that of a standard curve, preventing calculation of important wetting parameters, such as the wetting rate and the wetting force. The wetting tests showed that the distortion increased for a thicker sheet thickness and a lower solder bath temperature, being the result of solder bath solidification around the submerged sheet substrate.     

CuSn预合金粉芯复合银钎料的润湿铺展机理

研究了添加质量分数为30%～70%CuSn预合金粉复合银钎料在T2紫铜基体上的润湿铺展过程,并讨论了CuSn预合金粉复合银钎料在紫铜基体上的润湿铺展机理.结果表明,在与紫铜基体的润湿铺展过程中,初始接触角由30%CuSn的119°降低到70%CuSn的94°.最终接触角由30%CuSn的15°下降到70%CuSn的7°.当粉芯中CuSn合金粉含量为60%时,钎料在铜板上的润湿面积达到530.04 mm²,相比于未添加CuSn合金粉时提高了约66%.由于低熔点CuSn预合金粉的前驱润湿作用使复合银钎料表面张力降低,初始接触角和最终接触角随着CuSn预合金粉含量的增加而减小. CuSn预合金粉在钎焊过程中先于BAg30CuZnSn钎料外皮熔化,形成熔融的铜锡液态合金薄层,降低了固液界面张力.随后,熔化的BAg30CuZnSn箔带在先期熔化的铜锡液态薄层上铺展,并与其发生溶质原子的扩散反应,最终形成液态复合钎料.低熔点CuSn预合金粉的加入,使复合银钎料在铜上的润湿性能显著改善.添加40%CuSn预合金粉复合银钎料与铜基体的反应润湿界面均匀致密,其中白色富Ag相互连接,...     

氮气保护对Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料润湿性的影响

基于润湿平衡原理测定了不同温度与不同气氛下Sn-Cu-Ni-Ce钎料在Cu基板上的润湿行为,研究了气氛、温度以及微量稀土元素Ce对其润湿性能的影响.结果表明,采用氮气保护时,Cu基板表面张力提高,钎料表面张力降低,润湿时间缩短了20%～50%,润湿力也显著提高;温度升高使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的表面张力减小,显著缩短了钎料在Cu基板上的润湿时间;稀土元素Ce可显著降低熔融钎料的表面张力和钎料/基板间的界面张力,从而使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的润湿性能较Sn-Cu-Ni钎料有了显著的改善.     

Ag、RE对Sn-Ag-Cu-RE无铅钎料润湿性的影响

采用商用水洗钎剂,以铺展面积和润湿角来表征钎料的润湿性能,研究了Ag、RE对Sn-Ag-Cu-RE系无铅钎料润湿性的影响。结果表明,添加微量RE有助于提高其润湿性。在无铅钎料中Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE钎料具有良好的润湿特性,其在铜板上润湿性接近Sn-Pb钎料的水平。     

Ag、RE对Sn-Ag-Cu-RE无铅钎料润湿性的影响

采用商用水洗钎剂，以铺展面积和润湿角来表征钎料的润湿性能，研究了Ag、RE对Sn-Ag-Cu-RE系无铅钎料润湿性的影响。结果表明，添加微量RE有助于提高其润湿性。在无铅钎料中Sn-2．5Ag-0．7Cu-0．1RE钎料具有良好的润湿特性，其在铜板上润湿性接近Sn-Pb钎料的水平。     

水洗钎剂下SnAgCu系钎料对不同基板的润湿特性

选用商用水洗钎剂，采用润湿平衡法，研究了低银SnAgCu系钎料合金在表面贴装元器件及紫铜板上的润湿特性。研究结果表明，在Ag的质量分数为2．5％时，SnAg2．5Cu0．7钎料合金具有最大的润湿力和铺展面积及最小的润湿角。其润湿力高于现行商用SnAg3．8Cu0．7钎料合金，完全可满足表面组装元器件对其润湿性能的要求。