Sn-Ag-Bi焊料熔体温度诱导液-液结构转变的研究

本文采用直流四电极法研究了Sn-3.5Ag-3.5Bi焊料熔体在连续两轮的升降温过程中电阻率随温度的变化关系,以此为基础进一步研究了该合金在650℃和800℃保温7h及随后的升温过程中电阻率的变化规律.结果表明,Sn-3.5Ag-3.5Bi合金中存在液-液结构转变,并且该结构转变在第一轮升温后是可逆的.结合保温及随后升...     

Pb_(26)Sn_(42)Bi_(32)可逆性液-液结构转变对快速凝固组织和性能的影响

Pb26Sn42Bi32合金在液相线以上数百度温度范围内发生液-液结构转变,而且具有可逆性。液-液结构转变后的Pb26Sn42Bi32合金在空气中凝固时的组织和性能较转变前基本不变,而在铜模中快速凝固,由于冷却速度非常大,抑制了可逆性原子团簇的回复,初生相β-Sn明显细化,维氏硬度降低。     

Pb26Sn42Bi32可逆性液-液结构转变对快速凝固组织和性能的影响

Pb26Sn42Bi32合金在液相线以上数百度温度范围内发生液-液结构转变,而且具有可逆性。液-液结构转变后的 Pb26Sn42Bi32合金在空气中凝固时的组织和性能较转变前基本不变,而在铜模中快速凝固,由于冷却速度非常大,抑制了可逆性原子团簇的回复,初生相β-Sn明显细化,维氏硬度降低。     

Pb36.32Sn58.68Bi5合金不可逆液-液结构转变对耐腐蚀性能的影响

Pb36.32Sn58.68Bi5合金在液相线以上数百度温度范围内发生液-液结构转变,而且具有不可逆性,液-液结构转变后的Pb36.32Sn58.68Bi5合金在空气中凝固时的组织明显细化.通过电化学腐蚀试验测得的极化曲线以及自腐蚀电位、极化电阻、自腐蚀电流等电化学参数,可以看出结构转变后的试样在酸、碱和盐中的耐腐蚀性能增强.     

Sn-6Bi合金熔体结构转变对凝固组织的影响

通过研究Sn-6Bi合金熔体电阻率随温度的变化规律,发现在不同的温度区间合金发生了两种不同类型的液液结构转变,即高温阶段(890～1095℃)不可逆转变和低温阶段(645℃)的可逆液液结构转变。分析认为可逆的液液结构转变是由四面体结构的Sn-Sn共价键团簇的打破和重聚引起的,而不可逆液液结构转变是由(Bi)n原子集团、亚稳态的Sn原子团簇引起的。根据这一结果进行凝固试验,发现当熔体经历过温度诱导结构转变后会使凝固过冷度增大,凝固时间延长,凝固过程中释放的凝固潜热略微减少,凝固组织明显细化。     

SnSb15合金液-液结构转变的可逆性及熔体状态对凝固的影响EI北大核心CSCD

为了探讨液-液结构转变的可逆性及熔体状态对凝固的影响,利用直流四电极法测量SnSb15合金熔体在三轮连续升降温过程中的电阻率-温度曲线。分析SnSb15合金熔体的不可逆和可逆转变的物理内涵,进而讨论不可逆转变对凝固影响的作用机制。结果表明:SnSb15合金熔体发生了温度诱导的液-液结构转变,其首轮升温过程的转变呈不可逆性,而后续降温及升温过程的转变呈可逆特征;且首轮升温过程的不可逆液-液结构转变显著影响合金的凝固行为和组织,如初生相和包晶相的形核过冷度分别增大9.7和5℃,凝固时间分别缩短2.5和4 s,并且凝固组织明显细化。     

Sn-6Bi-2Ag(Cu, Sb)无铅钎料合金微观组织分析

利用差示扫描量热计 (DSC)测定了Sn 6Bi 2Ag ,Sn 6Bi 2Ag 0 .5Cu ,Sn 6Bi 2Ag 2 .5Sb三种新无铅钎料合金的熔化温度。结果表明 ,少量Cu的加入能降低Sn Bi Ag系无铅钎料合金的熔化温度 ,而Sb的加入使合金的熔化温度升高。利用光学显微镜 (OM )、扫描电子显微镜 (SEM )、能谱分析 (EDX)对合金的微观组织进行了分析与比较 ,钎料合金的微观组织与冷却条件和合金元素的含量有关 ,Sb的加入使析出相的尺寸细化。硬度测定表明Sn Bi Ag(Cu ,Sb)无铅钎料合金的硬度远大于纯Sn的硬度 ,加入少量的Cu(0 .5 % ) ,Sb(2 .5 % )对Sn Bi Ag系钎料合金的硬度影响较小     

Sn57Bi（X）多元钎料与Sn58Bi钎料的微观组织及钎焊性能对比研究

文中主要研究了Sn57Bi0.5Cu0.5SbNiTi, Sn57Bi1Ag和Sn58Bi在金相组织、熔化特性、铺展率、界面反应、抗剪强度和蠕变特性上的差异,分析造成3种不同合金成分的无铅钎料性能差异的成因,寻求一种更好的多元合金来提升Sn58Bi共晶钎料的性能,实现对高成本Sn57Bi1Ag无铅钎料的有效替代。     

温度诱导的液-液结构转变对Sn-10％Bi合金凝固的影响

以温度诱导的液-液结构转变为切入点,研究了Sn-10％Bi合金经不同过热处理后凝固行为和凝固组织的变化.首先利用自制的定向凝固装置进行了液-液结构转变对Sn-10％Bi合金的定向凝固影响的研究.然后测定经不同过热处理的合金熔体相应的凝固曲线,并观察凝固组织.结果表明,相对于在结构转变前保温处理的熔体,经历了结构转变的合金熔体,凝固时所需过冷度增大,并且凝固组织显著细化;揭示了温度诱导液-液结构转变对合金凝固行为及组织有着明显影响.     

Fe含量对Zr60Cu40-xFex相分离非晶合金组织结构、电阻性能和纳米压痕行为的影响

在Zr60Cu40单相非晶合金中引入与合金次要组元Cu具有正混合焓的Fe元素,设计了Zr60Cu40-xFex相分离非晶合金,研究了 Zr60Cu40-xFex三元合金的液-液相分离行为.结果表明,二元Cu-Fe合金的液态组元不混溶区域可以延伸至三元Zr60Cu40-xFex合金中;在快速凝固条件下,该合金在冷却过程中会发生液-液相分离,形成富Cu和富Fe两液相;基于Zr60Cu40-xFex合金液-液相分离凝固特征,考察了 Fe含量对Zr60Cu40-xFex合金组织及相结构的影响,讨论了Zr60Cu40-xFex体系组织演变及相形成机制.Zr60Cu20Fe20合金在冷却过程中液-液相分离形成的富Zr-Cu和富Zr-Fe两液相分别发生玻璃转变,最终形成了高数量密度(1024/m3数量级)的纳米富Cu非晶粒子(尺寸为2～10nm)分布在富Fe非晶基体上的相分离非晶合金组织.研究了该合金样品的电阻性能和纳米压痕行为,讨论了 Zr60Cu20Fe20合金晶化过程的电阻反常变化行为,并分析了 Zr60Cu20Fe20合金的纳米尺度相分离组织结构对剪切转变区的影响.     

Influence of rapid solidification on Sn–8Zn–3Bi alloy characteristics and microstructural evolution of solder/Cu joints during elevated temperature aging

The effects of rapid solidification on the microstructure and melting behavior of the Sn–8Zn–3Bi alloy were studied. The evolution of the microstructural characteristics of the solder/Cu joint after an isothermal aging at 150 °C was also analyzed to evaluate the interconnect reliability. Results showed that the Bi in Sn–8Zn–3Bi solder alloy completely dissolved in the Sn matrix with a dendritic structure after rapid solidification. Compared with as-solidified Sn–8Zn–3Bi solder alloy, the melting temperature of the rapid solidified alloy rose to close to that of the Sn–Zn eutectic alloy due to the extreme dissolution of Bi in Sn matrix. Meanwhile, the adverse effect on melting behavior due to Bi addition was decreased significantly. The interfacial intermetallic compound (IMC) layer of the solder/Cu joint was more compact and uniform. Rapid solidification process obviously depressed the formation and growth of the interfacial IMC during the high-temperature aging and improved the high-temperature stability of the Sn–8Zn–3Bi solder/Cu joint.     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10³A/cm²的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了（Cu,Ni）₆Sn₅型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为（Cu,Ni）₆Sn₅型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/（Cu,Ni）₆Sn₅界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu₆Sn₅化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu₆Sn₅化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处（Cu,Ni）₆Sn₅的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.     

Effect of adding 1 wt% Bi into the Sn–2.8Ag–0.5Cu solder alloy on the intermetallic formations with Cu-substrate during soldering and isothermal aging

Intermetallic compound (IMC) formations of Sn–2.8Ag–0.5Cu solder with additional 1 wt% Bi were studied for Cu-substrate during soldering at 255 °C and isothermal aging at 150 °C. It was found that addition of 1 wt% Bi into the Sn–2.8Ag–0.5Cu solder inhibits the excessive formation of intermetallic compounds during the soldering reaction and thereafter in aging condition. Though the intermetallic compound layer was Cu₆Sn₅, after 14 days of aging a thin Cu₃Sn layer was also observed for both solders. A significant increase of intermetallic layer thickness was observed for both solders where the increasing tendency was lower for Bi-containing solder. After various days of aging, Sn–2.8Ag–0.5Cu–1.0Bi solder gives comparatively planar intermetallic layer at the solder–substrate interface than that of the Sn–2.8Ag–0.5Cu solder. The formation of intermetallic compounds during aging for both solders follows the diffusion control mechanism and the diffusion of Cu is more pronounced for Sn–2.8Ag–0.5Cu solder. Intermetallic growth rate constants for Sn–2.8Ag–0.5Cu and Sn–2.8Ag–0.5Cu–1.0Bi solders were calculated as 2.21 × 10⁻¹⁷ and 1.91 × 10⁻¹⁷ m²/s, respectively, which had significant effect on the growth behavior of intermetallic compounds during aging.     

半导体激光加热时间对焊膏在铜基板上润湿铺展性能的影响

采用半导体激光软钎焊系统对Sn63Pb37和Sn96Ag3.5Cu0.5焊膏在铜基板上的润湿铺展性能进行了试验,研究了不同激光加热时间对钎料润湿铺展性能的影响,采用扫描电镜分析了Sn63Pb37和Sn96Ag3.5Cu0.5钎缝的显微组织和钎缝界面区组织特征.结果表明,在一定的激光输出功率下,随着激光加热时间的增加,两种钎料的润湿性都得到提高.其中Sn-Pb钎料焊膏的加热时间达到1.5 s时,润湿面积和润湿角趋于稳定,而Sn-Ag-Cu钎料焊膏润湿性需要达到2.5 s时润湿面积和润湿角才趋于稳定.     

Cu基板退火处理的Cu/Sn58Bi/Cu钎焊接头界面微结构

研究了铜基板退火处理对Cu/Sn58Bi界面微结构的影响. 结果表明,在回流以及时效24 h后Cu/Sn58Bi/Cu界面只观察到Cu₆Sn₅. 随着时效时间的增加,在界面形成了Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的双金属间化合物(IMC)层,并且IMC层厚度也随之增加. 长时间时效过程中,在未退火处理的铜基板界面产生了较多铋偏析,而在退火处理的铜基板界面较少产生铋偏析. 比较退火处理以及未退火处理的铜基板与钎料界面IMC层生长速率常数,发现铜基板退火处理能减缓IMC层生长,主要归因于对铜基板进行退火处理能够有效的消除铜基板的内应力与组织缺陷,从而减缓Cu原子的扩散,起到减缓IMC生长的作用.     

Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响

采用动电位扫描和交流阻抗等方法研究Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料在3.5%NaCl(质量分数)溶液中电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响;采用SEM和XRD技术分析其腐蚀形貌及成分。结果显示:随着Bi含量增加,腐蚀电流密度增大,但自腐蚀电位不呈规律性变化。阻抗谱显示:掺杂前后阻抗谱特征相同,均可用两个时间常数的等效电路模型表示,其拟合误差<5%。随着Bi含量的增加,容抗弧半径减小,电荷传递电阻和腐蚀产物膜电阻均减小,耐蚀性能降低。SEM像显示,Bi掺杂对钎料在介质中电化学迁移速度有减缓作用,因而对迁移所致的枝晶生长具有抑制作用。XRD谱显示,枝晶主要成分为Sn和Cu6Sn5,同时伴有少量的Bi和Ag3Sn。     

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。