SnCu钎料镀层与Cu/Ni镀层钎焊接头的界面反应

观察了不同焊接工艺条件下钎焊接头界面的微观结构，并对钎焊过程中的界面反应进行分析。探讨了钎缝界面处IMC的生长机制，通过对不同钎焊温度和保温时间下的IMC生长规律的分析建立铜锡化合物厚度与温度和时间的关系方程。结果表明：钎焊过程中SnCu钎料合金镀层与可焊性Cu层的界面处生成金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn；化合物的生长厚度与焊接时间之间满足抛物线关系，表明化合物的生长为扩散反应控制过程，并随焊接时间的延长化合物的生长速率逐渐下降。     

Sn-Zn钎料/Cu基板焊点界面元素扩散与IMC形成热力学分析

对270℃条件下Sn-Zn钎料/Cu基板焊点界面反应进行了热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD及显微硬度计对焊点界面进行了检测与分析。结果表明:界面Cu基板侧金属间化合物(IMC)CuZn层的形成是自发的,钎料侧形成的CuZn持续与扩散过来的Zn原子反应生成Cu5Zn8;Cu原子越过界面IMC层向钎料中的扩散与聚集呈现"脉动"形式,在临近结合面的钎料中形成粒状Cu5Zn8 IMC,并造成靠近界面区钎料中的Zn元素含量呈现间隔的"减少-聚集"现象;界面IMC层未造成焊点界面硬度突变。     

Sn-0.7Cu钎料与Cu基板间的润湿性研究

研究了热电耦合作用下Sn-0.7Cu无Pb钎料与纯Cu基板间的润湿性及界面反应。通过改变温度(250~350℃)、电流(1.5~4.5A)、基板的极性等参数,获得了一系列试样,测量试样的润湿角,用扫描电镜(SEM)观察截面形貌,分析了电流、温度及基板的极性对钎料与Cu基板间润湿性和界面反应的影响。结果表明,在其他参数相同时,温度升高则钎料与基板间的润湿性变好;电流增大,润湿性也可得到改善;Cu基板为阳极时的润湿性比Cu基板为阴极时更好。     

Sb 元素对 Sn-0.7Cu 钎料熔点及钎焊界面的影响

应用扫描电镜和差示扫描量热仪研究Sb元素(0.25%,0.5%,0.75%,1.0%)对Sn-0.7Cu钎料熔点及钎焊界面的影响.结果表明,Sb元素的加入使钎料的熔点升高,从226.38℃增加到227.09℃,但含量小于0.75%时熔点的变化不大,当Sb元素的含量达到1.0%时变化较大.当Sb元素的含量达到0.5%时,界面化合物的形貌发生了很大变化,扇贝状金属间化合物层变得均匀平滑,避免了大柱状的Cu6Sn5相的生成,厚度也变小,明显地抑制了金属间化合物的生长,细化了晶粒.当Sb元素的含量大于0.5%时,界面又出现大柱状的Cu6Sn5相,且界面化合物层的厚度增大.Sb元素的加入并未改变界面处金属间化合物的种类.     

无铅钎料/Cu焊盘接头的界面反应

研究了无铅钎料Sn-3.8Ag-0.5Cu与Cu焊盘接头Cu-Sn界面金属间化合物的形成与长大机理。采用CALPHAD方法利用ThermoCalc软件进行了Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu合金体系亚稳相图计算,比较了界面处局部平衡时各相形成驱动力大小,预测了体系界面反应过程中的金属间化合物形成类型和反应通道;预测结果表明,界面金属间化合物有Cu₆Sn₅、Cu₃Sn,第一析出相为Cu₆Sn₅;通过SEM和EDX分析,验证了预测的准确性。根据金属学固液界面的扩散与溶解规律,分析了界面金属间化合物的形成和长大特点。     

Ni对SAC0307无铅钎料性能和界面的影响研究

研究了不同Ni元素含量对SAC0307无铅钎料的力学性能、润湿性能和显微组织,并分析了Ni元素对钎焊接头界面金属间化合物形貌、成分和稳定性,总结了Ni元素在钎料中的作用机理。结果表明,微量Ni元素起到细化组织和改善润湿性的作用,当Ni含量大于0.1%时,焊点界面生成了疏松状的IMC层,且IMC层生长较快,适量的Ni元素改变界面IMC的晶体结构,抑制了界面Cu_3 Sn的生长。     

Cu含量对Ag-Cu钎料钎焊透氧膜

采用Ag-Cu钎料用于透氧膜与不锈钢支撑体之间的封接,研究了Cu含量对Ag-Cu钎料钎焊透氧膜界面结构的影响。利用SEM对连接界面的显微组织进行观察,并用EDS对界面的相组成进行分析。结果表明:纯Ag与透氧膜陶瓷之间的连接界面无元素互扩散;Ag中少量1at%Cu的添加并未明显改善钎焊连接界面;当Cu含量增加到3.3at%时,在透氧膜一侧生成一层由Cu和Ag扩散所致的厚度约200μm的反应层,反应层的生成表明Ag-3.3Cu钎料与透氧膜之间具有良好的润湿性和界面结合。     

锡铅钎料钎焊H62黄铜接头的界面反应研究

本文对用Sn60PbSb钎料钎焊H62黄铜时的界面反应进行了研究。研究结果表明界面反应主要为铜与锡的反应,未发现锌锑反应相,反应层的厚度随钎焊时间的延长而增加。     

奥氏体不锈钢-铜钎料钎焊界面反应行为分析

针对电弧钎焊奥氏体不锈钢时,易产生裂纹的问题,采用316LN不锈钢母材和多种铜基钎料,研究了电弧钎焊、炉中钎焊和真空钎焊316LN不锈钢和铜基钎料时的界面反应行为.结果表明,电弧钎焊条件下钎料对母材的润湿性随着电流的加大而提高,钎料沿母材晶界的扩散不明显,在电流较高时母材局部熔化,且易形成沿晶界裂纹.炉中钎焊过程中钎料沿母材晶界扩散明显,但不易形成裂纹;真空钎焊过程中钎料沿母材晶界扩散显著,形成较厚的界面层,但无裂纹出现.较大的焊接热应力以及钎料沿母材晶界扩散造成的晶界弱化是形成界面裂纹的必要条件.     

Ni和Bi元素对SnAgCu钎焊界面金属化合物生长速率的影响

通过加速温度时效方法研究Ni和Bi元素对低银(含银量小于1%,质量分数)Sn-Ag-Cu(LASAC)钎料界面IMC生长速率的影响。通过与高银钎料SAC305和低银钎料LASAC对比,分析添加Ni和Bi元素后LASAC钎料在高温时效过程中热疲劳抗性的变化情况。结果表明:LASAC/Cu、LASAC-Bi/Cu和SAC305/Cu界面IMC时效后均形成较厚的Cu3Sn层,LASAC-Ni/Cu界面经IMC时效后则形成较薄的(Cu,Ni)3Sn;高银钎料SAC305在180℃时效下IMC生长速率为2.17×10-5μm2/s,与之相比,低Ag钎料LASAC IMC在时效过程中生长速率较高,为3.8×10-5μm2/s;Ni和Bi元素的添加均可降低钎料LASAC/Cu界面IMC的生长速率,其中Bi的改善效果最显著,LASAC-Bi钎料的IMC生长速率为1.92×10-5μm2/s,低于SAC305钎料的IMC生长速率。     

Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料为研究对象,借助扫描电镜和X衍射等检测方法研究了Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响.结果表明,添加适量Ni元素能显著细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织,抑制焊点界面区(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物的生长和表面粗糙度的增加,提高无铅焊点抗剪强度.当Ni元素添加量为0.1%时,钎料合金组织细小均匀,共晶组织所占比例较多;焊点界面IMC薄而平整,(Cu,Ni)6Sn5颗粒尺寸小,对应焊点抗剪强度最高为45.6 MPa,较未添加Ni元素焊点提高15.2%.     

Influence of interfacial reaction between molten SnAgCu solder droplet and Au/Ni/Cu pad on IMC evolution

Intermetallic compounds（IMC） formed at Sn-Ag-Cu solder droplet/pad interface during wetting reaction were investigated. Comparative studies of the IMC evolution during reflow and aging were also conducted. The results show that the wetting reaction between molten solder droplet and pad leads to the formation of Au-Sn compound at interface, but Au element is not fully consumed during wetting reaction. After reflow, all Au layer disappears from the interface, Au element is dissolved into solder and Au-Sn intermetallic compounds are precipitated in the bulk. Reaction between Ni layer and Sn-Ag-Cu solder leads to the formation of （CuxNi1-x）6Sn5 layer at interface during reflow. According to the thermodynamic-kinetic of interfacial reaction, the wetting reaction at solder droplet/pad interface influences the phase selectivity of IMC evolution during reflow and aging process.     

退火工艺对Au-20Sn钎料组织的影响

采用叠轧-合金化法制备Au-20Sn钎料,研究合金化退火工艺对Au-20Sn钎料显微组织的影响。结果表明:Au/Sn界面在叠轧过程中形成AuSn4,AuSn2和AuSn三个金属间化合物(IMC)层。在200℃退火时,IMC层的厚度随退火时间的延长而逐渐增大。当退火时间延长至48 h时,IMC层发生转变,Au-20Sn钎料最终形成由ζ相(含Sn 10%～18.5%,原子分数)和δ(AuSn)相组成的均质合金。在250℃退火时,Au/Sn界面扩散速度增大,退火6 h后Au-20Sn钎料组织完全转变成ζ相+δ(AuSn)相。在270℃退火时,IMC层熔化,反应界面转变成为固-液界面,Au-20Sn钎料组织转变为脆性的(ζ’+δ)共晶组织。综合Au-20Sn钎料的性能和生产要求,得到优先退火工艺为250℃退火6 h。     

Interfacial reactions between Sn-2.5Ag-2.0Ni solder and electroless Ni(P) deposited on SiCp/Al composites

A novel Sn-2.5Ag-2.0Ni alloy was used for soldering SiCp/Al composites substrate deposited with electroless Ni(5%P) (mass fraction) and Ni(10%P) (mass fraction) layers. It is observed that variation of P contents in the electroless Ni(P) layer results in different types of microstructures of SnAgNi/Ni(P) solder joint. The morphology of Ni3Sn4 intermetallic compounds (IMCs) formed between the solder and Ni(10%P) layer is observed to be needle-like and this shape provides high speed diffusion channels for Ni to diffuse into solder that culminates in high growth rate of Ni3Sn4. The diffusion of Ni into solder furthermore results in the formation of Kirkendall voids at the interface of Ni(P) layer and SiCp/Al composites substrate. It is observed that solder reliability is degraded by the formation of Ni2SnP, P rich Ni layer and Kirkendall voids. The compact Ni3Sn4 IMC layer in Ni(5%P) solder joint prevents Ni element from diffusing into solder, resulting in a low growth rate of Ni3Sn4 layer. Meanwhile, the formation of Ni2SnP that significantly affects the reliability of solder joints is suppressed by the low P content Ni(5%P) layer. Thus, shear strength of Ni(5%P) solder joint is concluded to be higher than that of Ni(10%P) solder joint. Growth of Ni3Sn4 IMC layer and formation of crack are accounted to be the major sources of the failure of Ni(5%P) solder joint.     

Interfacial reactions between liquid Sn-8Zn-3Bi solders and Cu substrates

The morphology and growth kinetics of intermetallic compounds formed during the soldering reactions between Sn-8Zn-3Bi and Cu substrates at various temperatures ranging from 225 to 350 °C were investigated. The results indicated that a planar layer of Cu_32.1Zn_66.7Sn_0.7Bi_0.5 (γ phase) along with a great number of scallop-shaped intermetallic compounds Cu_19.3Zn_77.8Sn_2.9 (ɛ phase) appeared at the interfaces at temperatures lower than 325 °C. At temperatures higher than 325 °C, the interfacial intermetallics of a composition similar to the planar intermetallics appeared in cluster shape. Kinetics analysis indicated that the intermetallic growth was diffusion-controlled with activation energy of 24.6 KJ/mol.     

电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为的影响

采用同步辐射实时成像技术对比研究了不同电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为和界面反应的影响。结果表明,当电流密度为5.0×10~3A/cm~2时,无论电子方向如何,钎料中的Zn原子均定向扩散至Cu侧界面参与界面反应,导致Cu侧界面处金属间化合物(intermetallic compounds,IMC)的厚度大于Ni侧界面处IMC的厚度;而当电流密度升高至1.0×10~4和2.0×10~4 A/cm~2时,钎料中的Zn原子均定向扩散至阴极界面,界面IMC的生长表现为"反极性效应",电流密度越高界面IMC的"反极性效应"越显著。液-固电迁移过程中Cu基体消耗明显,特别是在高电流密度条件下,电子从Ni侧流向Cu侧时,Cu基体的溶解厚度与时间呈现线性关系,电流密度越高Cu基体的溶解速率越快。此外,基于焊点中原子电迁移通量J_(em)和化学势通量J_(chem)对Zn原子和Cu在不同电流密度下的迁移行为进行了研究。     

纳米锑掺杂对回流焊Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb焊点界面IMC生长的影响机理

研究了纳米锑掺杂对回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb(x=0,0.2%,1.0%和2.0%)焊点界面金属间化合物(IMC)生长动力学的影响.借助扫描电镜(SEM)观察了焊点的微观结构,利用X射线能谱分析(EDX)及X射线衍射谱仪(XRD)确定了IMC的相和成分.结果表明,部分纳米锑颗粒溶解在富锡相中形成SnSb二元相,部分纳米锑颗粒溶解在Ag₃Sn相中形成Ag₃Sb相,剩余部分沉降在界面Cu₆Sn₅金属间化合物层表面.随着纳米锑含量的增加,IMC厚度减小.当纳米锑的含量为1.0%时,IMC厚度最小.通过曲线拟合,确定出界面IMC层生长指数和扩散系数.结果表明,IMC层生长指数和扩散系数均随着纳米锑含量的增加而减小.当纳米锑的含量为1.0%,IMC层生长指数和扩散系数均有最小值,分别为0.326和10.31×10^-10 cm²/s.由热力学相图和吸附理论可知,Sn,Sb元素之间易形成SnSb化合物,引起Sn元素的活性、Cu-Sn金属间化合物形成的驱动力和界面自由能下降,从而导致Cu₆Sn₅金属间化合物生长速率下降,抑制IMC生长.     

等温时效中稀土Er对Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织演化的影响

系统研究了等温时效中添加微量稀土Er对Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料合金显微组织演化规律的影响.结果表明,Er对Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料显微组织及等温时效过程中显微组织的演化产生了重要影响.在钎焊过程中,Er有效地细化了钎料组织,改变了钎料内部Cu-Sn金属间化合物的形态、尺寸及分布情况.在等温时效过程中,钎料内部生成的ErSn3金属间化合物为组织的再结晶过程提供了大量的形核质点,有效避免了再结晶组织的粗化及裂纹的产生和扩展.     

铜表面电沉积Ni（P）及其对Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响

采用扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）研究了铜基体上电沉积Ni（P）层的结构以及Ni（P）层对电沉积Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响。研究表明：电沉积Ni（P）层为非晶结构,含29%（原子）的P,经过225℃热处理转变成晶态Ni5P2。经过225℃热处理,Sn-Cu合金/Cu界面反应在界面处形成连续的Cu6Sn5及Cu3Sn层。而Sn-Cu合金/电沉积Ni（P）-Cu界面反应微弱,主要在Sn-Cu合金/Ni（P）界面前沿的Sn-Cu合金中形成棒状或块状（Ni,Cu）3Sn4,Cu基底不与Sn-Cu合金反应。电沉积Ni（P）合金层能有效阻挡Sn-Cu合金/Cu界面反应。