超声对Ni/Sn固-液溶解行为的影响

采用浸入实验法对比研究了加载超声和无超声辅助下Ni在Sn中的溶解动力学,通过模拟探明了熔池中声压分布规律,观察了Ni-Sn界面微观组织。上述研究表明,超声作用10 s Ni丝的溶解量与不加超声保温5 min的溶解量相当,表明超声能促进Ni在熔融Sn钎料中的溶解。无超声辅助时,随着保温时间的增加,Ni-Sn界面金属间化合物逐渐增厚,阻碍了Ni与Sn之间的相互扩散;而在超声空化作用下,Ni-Sn界面处于动态非平衡状态,能促进Ni在液态Sn中不断溶解;同时,在超声声流作用下界面Ni原子快速迁移至Sn中,在随后的冷却过程中析出大量细长棒状的Ni_3Sn_4金属间化合物。     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。结果表明,借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加,界面区金属间化合物(IMC)平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸减小。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关,超声的作用更为显著,在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用,施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%;施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移,呈界面(Cu,Ni)_6Sn_5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制,使接头剪切断口塑性区比例增加,从而提高接头剪切强度。     

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。     

超声作用下Ni/Sn/Ni钎焊界面金属间化合物的演变

对比研究了超声作用和无超声作用下Ni/Sn/Ni钎焊界面金属间化合物的形成和演变规律。结果表明,无超声作用时,Ni/Ni_3Sn_4界面较为平直且致密,而Sn/Ni_3Sn_4界面被液态Sn钎料逐渐溶解而呈扇贝状,并且有少量Ni_3Sn_4分布在焊缝中。其次,界面金属间化合物(intermetallic compound, IMC)层厚度与时间呈抛物线关系,Ni_3Sn_4的生长受体扩散的控制。超声作用下,声空蚀作用使得界面Ni_3Sn_4发生溶解而形成很多沟槽,甚至在界面IMC的局部区域出现了"neck"状连接,重新为母材Ni原子向钎料的溶解打开了通道,在声流的辅助作用下促进母材的溶解。随着超声时间的增加,声空化作用将界面"neck"状连接的细长的Ni_3Sn_4晶粒打碎而进入焊缝,使得界面IMC逐渐减薄。进入焊缝的Ni_3Sn_4进一步在空化作用下溶解和破碎,最终大量细小的Ni_3Sn_4均匀分布在焊缝中。     

热冲击下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

借助于SEM、EDS、XRD等检测手段对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头进行观察分析,研究了钎焊工艺参数及热冲击条件对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头界面金属间化合物和力学性能的影响。结果表明:添加0.05%(质量分数)Ni能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;钎焊温度270℃和钎焊时间240 s时,钎焊接头抗剪切强度最大达26.9 MPa,较未添加Ni的钎焊接头提高8.9%;随着热冲击周期的增加,钎焊接头界面金属间化合物层平均厚度增加,界面粗糙度先增大后减小,钎焊接头强度降低;添加0.05%Ni能够抑制接头界面金属间化合物的成长、钎焊接头强度的降低,有利于改善接头可靠性。     

超声波作用下Cu/Sn固-液界面IMCs层的形成与演变

利用超声波辅助钎焊工艺方法对Cu/Sn/Cu结构进行钎焊实验,研究超声波辅助作用下Cu/Sn固-液界面金属间化合物(IMCs)的形成与演变过程。结果表明:无超声作用时界面处Cu-Sn金属间化合物形貌逐渐由平直状转变为凹凸的扇贝状,其中Cu_6Sn_5的形成主要受扩散控制,而Cu_3Sn层的形成则是由反应控制。施加超声波后,通过观察不同超声条件下Cu-Sn金属间化合物形貌的微观结构演变,提出破碎-溶解模型。通过改变超声时间来控制界面Cu-Sn金属间化合物的厚度,从而改善钎焊接头性能。     

倒装LED回流焊接头组织的抗高温时效性能

以SAC305锡膏为钎料,通过回流焊实现了倒装LED与Cu/Ag、Cu/Ni/Au基板的互连.研究了两种接头界面微观组织在高温时效条件下的演变行为.结果表明,接头两侧界面组织间存在相互影响. Cu/Ni/Au基板中的Au在回流焊过程中溶解至体钎料内,对芯片侧Au-Sn金属间化合物的生长起到抑制效果.芯片侧Au-Sn金属间化合物的快速生长降低了体钎料中Sn的相对浓度,从而使体钎料中有利于基板侧IMC生长组元的相对浓度得到提升,促进基板侧IMC生长.相比较而言,在Cu/Ag基板上的回流焊试样抗高温时效性能较差.     

AuSn钎料及镀层界面金属间化合物的演变

对激光软钎焊下AuSn钎料与Au和Au/Ni金属化镀层界面形成的金属间化合物进行SEM及EDX分析,并讨论激光输入能量对界面金属间化合物演变规律的影响.研究结果表明：在激光加热及快速冷却条件下,Au迅速溶解到界面附近的钎料中,使得成分偏离共晶点,界面处生成稳定的Au5Sn;随着激光功率及加热时间的增加,未完全溶解的Au层变薄,Au5Sn向钎料内部长大.     

铝合金低温钎焊接头显微组织演变规律及机理研究

采用泡沫Ni-Sn复合焊料片,对超细晶7075铝合金进行了超声波辅助无钎剂、低温钎焊连接。对不同超声波振动时间下接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果显示,在超声波作用下, Ni骨架被挤压为条状, Ni_3Sn_4依附于Ni骨架生长,同时接头界面处生成了一层Al_3Ni金属间化合物层;当超声波振动时间为10 s时, Al_3Ni呈点状分布;延长超声波振动时间至20 s, Al_3Ni呈连续分布;振动时间30 s时, Al_3Ni层粗化并有一层Sn带将其隔断。界面Al_3Ni层以消耗Ni_3Sn_4层和Ni骨架的形式生长。     

钎焊温度及保温时间对Sn-30Zn钎料钎焊Mg/Al异种金属组织和性能的影响

采用Sn-30Zn(质量分数,%)钎料对Mg/Al异种金属进行低温钎焊.并利用扫描电子显微镜、电子探针研究了钎焊接头在不同焊接工艺参数下的微观组织演变过程,同时采用维氏硬度仪及万能力学性能试验机对接头的显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明,当钎焊温度为330℃,保温时间为5 s时,钎焊接头组织性能较好.接头组织主要分为近镁侧的Mg₂Sn化合物层、近铝侧的Al-Sn-Zn固溶体层、焊缝中心三个区.焊缝中心区以Sn-Zn的过共晶组织为基底,上面弥散分布着Mg₂Sn相,铝基固溶体相.接头的最佳平均剪切强度为60.47 MPa.     

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.     

Ni对Sn96.5Ag3.5/Cu之间扩散行为的阻挡作用

研究了电镀Ｎｉ层和化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层对Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点扩散行为的影响,电子探针分析表明,化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层能很好地阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点在焊接过程中的ＣｕＳｎ互扩散和相互反应;而电镀Ｎｉ层则不能阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点过程中的Ｃｕ,Ｓｎ互搁工用和相互反应,界面反应产物以Ｃｕ６Ｓｎ５为主。应用化学镀Ｎｉ－Ｐ合金作为Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ之间的扩散阻挡层可大大减少Ｓｎ／Ｃｕ金属间化合物的生成,有得     

Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu(Ni)焊点的抗时效性能

采用扫描电镜(SEM)研究在150 ℃等温时效下Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu与Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面扩散行为. 结果表明，在时效过程中，随着时效时间的增加，Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu焊点界面金属间化合物(intermetallic compound，IMC)形貌由开始的细针状生长为棒状，IMC层厚度增加，界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₆Sn₅. Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面IMC形貌由细小突起状转变为较为密集颗粒状，且IMC层厚度增加，界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₃Sn₄. 经过线性拟合，两种焊点的界面IMC层生长厚度与时效时间t1/2呈线性关系，Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu界面间IMC的生长速率为7.39 × 10?2 μm2/h，Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni界面间IMC的生长速率为2.06 × 10?2 μm2/h. 镀镍层的加入可以显著改变界面IMC的形貌，也可降低界面IMC的生长速率，抑制界面IMC的生长，显著提高抗时效性能.     

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.     

微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu6Sn5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明,钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随时效时间的增加,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%(质量分数,下同)的RE能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。     

Interfacial microstructure and properties of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu solder joint with rare earth Nd addition

Interfacial microstructure and properties of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu solder joints with trace amounts Nd additions have been investigated in this paper. The evolution of interfacial morphology of SCN solder joints with and without the presence of Nd under long-term room ambience was also studied. The greatest improvement to the solderability and tensile strength of SCN-xNd are obtained at 0.05 wt.% Nd. Meanwhile, the morphology and growth of interfacial intermetallic (IMC) layer are greatly improved by adding Nd, and the propensity for IMC spalling from the interface of solder joint is definitely reduced with the presence of rare earth Nd, since the sponge-like structure was completely inhibited in the solder joint containing Nd. In addition, a significant amount of Sn whiskers were present on the surface of NdSn₃ phases in the SCN0.15Nd/Cu solder joints, and the reason for this phenomenon has been briefly discussed.     

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。     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。