微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-xAg钎料焊点组织和力学性能的影响

研究了微米Ag颗粒对Sn-0.7Cu钎料焊点组织和性能的影响规律。研究结果表明:在Sn-0.7Cu中加入适量的Ag可以改善钎料的润湿性,但是当加入的Ag含量过高,反而会降低钎料的润湿性。当Ag含量为1%时,润湿性最好,铺展系数K为72.09%。增加Ag含量利于促进β-Sn/Cu6Sn5网状共晶组织的生成和非均匀形核反应的进行,细化β-Sn晶粒。当Ag含量为1%时,钎料焊点的抗拉强度最好,达到47.85 MPa。当Ag含量超过2%时,随着IMC层厚度的增加,焊点的抗拉强度逐渐降低。综合考虑,当Ag含量为1%时,钎料焊点的综合性能最好。     

时效处理对Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面形态的影响

研究了纳米Al_2O_3颗粒对Sn0.7Cu钎料润湿性的影响,并分析比较了时效0 h和时效250 h后Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面IMC的形貌和厚度变化。结果表明:添加微量的纳米Al_2O_3颗粒可以改善Sn0.7Cu钎料的润湿性,但添加过量将降低润湿铺展面积,纳米Al_2O_3颗粒的最佳添加量为0.5%,比Sn0.7Cu钎料的铺展面积提高了30.2%。焊后未时效的焊点钎料晶粒细小,界面处Cu_6Sn_5IMC层较薄,经过150℃时效,钎料晶粒粗化,IMC界面层的厚度明显增加,形貌由扇贝状变为明显的块状,界面的不平度逐步减小。界面层由单一的Cu_6Sn_5IMC层转变为Cu_6Sn_5IMC和Cn_3SnIMC两层,厚度增大了96.5%。     

微量Zn颗粒对Sn-0.7Cu-xZn钎料焊点组织及力学性能的影响

研究了微量Zn颗粒对Sn-0.7Cu钎料焊点微观组织、钎料铺展性能及Cu/Sn-0.7Cu-x Zn/Cu接头力学性能的影响。结果表明:适量Zn颗粒的添加可以细化钎料组织,减小界面IMC的厚度,提高钎料的铺展性能和硬度;过量Zn的添加则会粗化钎料组织,增大界面IMC的厚度,降低钎料的铺展性能和硬度值;接头抗拉强度随Zn的添加呈先增大后减小的趋势。当Zn含量小于0.20wt%拉伸断口类型为韧断,超过0.20wt%,拉伸断口类型为脆断。Zn的最佳添加量为0.20 wt%。     

Ni含量对In-48Sn钎料焊点显微组织和剪切性能的影响

研究了Ni含量对In-48Sn钎料焊点的显微组织与剪切性能的影响。结果表明,Ni颗粒可抑制界面IMC的生长,细化焊缝组织,随着Ni含量的增加,界面IMC的厚度由4.01μm逐渐减小到2.83μm,In48Sn-45Ni复合钎料焊点组织最为细小;Ni颗粒可提高In-48Sn钎料焊点的抗剪强度,复合钎料焊点的抗剪强度随Ni含量的增加呈先上升后下降的趋势。当Ni的质量分数为45%时,由于Ni颗粒对位错的阻碍、对组织的细化并且界面IMC达到合适厚度,抗剪强度达到峰值9.76 MPa。     

Sn-0.7Cu-xNb复合钎料微观组织和力学性能

文中主要研究了纳米Nb颗粒对Sn-0.7Cu基复合钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加纳米Nb颗粒细化了Sn-0.7Cu复合钎料微观组织,提高了Sn-0.7Cu复合钎料的抗拉强度。当Nb含量为0.12%时抗拉强度达最大值25.36 MPa,但此时钎料的断后伸长率有所降低。Sn-0.7Cu-x Nb复合钎料的断裂模式均为塑性断裂,随Nb含量的增加,Sn-0.7Cu基复合钎料断口表面的韧窝尺寸逐渐变小,表明微量的纳米Nb可以抑制合金内Cu 6 Sn 5金属间化合物的长大。     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

时效温度对Sn-58Bi-xMo复合钎料焊点组织和性能的影响

研究了时效温度对Sn-58Bi-xMo(x=0,0.25)钎料基体显微组织、焊点界面IMC形貌及力学性能的影响规律。研究结果表明:随着时效温度的升高,钎料基体的显微组织逐渐粗大,焊点界面IMC的厚度也逐渐增大,IMC形貌由扇贝状转变为表面较为平缓的层状;相同时效条件下,Cu/Sn-58Bi-0.25Mo/Cu焊点的显微组织及IMC厚度较小;焊点的抗拉强度及剪切强度均随时效温度的提高呈下降趋势,且Mo颗粒的添加大大减缓了焊点时效过程中剪切强度的下降趋势。在同一时效温度下, Sn-58Bi-0.25Mo复合钎料焊点的抗拉强度及剪切强度均高于Sn-58Bi钎料焊点的。     

镍包覆碳纳米管增强Sn-58Bi复合钎料焊点的组织和力学性能研究

研究了镍包覆碳纳米管(Ni-CNTs)对Sn-58Bi钎料焊点微观组织和可靠性的影响。结果表明:Ni-CNTs的添加提高了Sn-58Bi钎料润湿性能,复合钎料焊点界面IMC(intermetallic compound)呈现扇贝状,细化了Sn-58Bi钎料的微观组织,提高了复合钎料接头的拉伸和剪切性能。随着Ni-CNTs含量的增加,铺展面积呈现先上升后下降的趋势,IMC厚度呈现下降的趋势;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度均呈现先上升后下降的趋势。当Ni-CNTs含量为0.03wt%时,复合钎料铺展面积最大,为58.3 mm2;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度最大,分别为99.2、14.1 MPa。     

热循环对Sn58Bi(纳米Ti)/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 _^oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu₆Sn₅ IMC层。在热循环300次后,在Cu₆Sn₅/Cu界面处形成了一层Cu₃Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu₆Sn₅和Cu₃Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。     

Ag含量对Sn-Ag-Cu无铅钎料显微组织和性能的影响

采用金相分析、拉伸试验和动电位极化法,研究了Ag含量变化对Sn-Ag-Cu无铅钎料显微组织、力学性能和耐腐蚀性的影响.试验结果表明:Sn-0.5Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织中的金属间化合物(IMC)颗粒较粗大,其抗拉强度最低,随着Ag含量的增加,钎料中Sn-Ag-Cu三元网状共晶组织数量增加,钎料中β-Sn晶粒尺寸逐渐变小;Ag含量在0.5％ ～3.5％时,随着Ag含量的增加,钎料的抗拉强度逐渐提高,而断后伸长率逐渐下降;随着Ag含量的增加,钎料的腐蚀电位逐渐提高,即增加钎料中Ag的含量可以提高钎料的耐腐蚀性能.     

Cu/Sn-58Bi-xEr_2O_3/Cu钎焊接头微观组织和力学性能的研究

研究了不同含量的纳米Er_2O_3颗粒对Sn-58Bi钎料的铺展性能、钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加微量的纳米Er_2O_3颗粒细化了Sn-58Bi钎料的微观组织、改善了Sn-58Bi钎料的铺展性能和力学性能。当纳米Er_2O_3颗粒的添加量为0.075%(质量分数)时,Sn-58Bi复合钎料得到了最佳的铺展性能,比Sn-58Bi钎料的铺展系数增大了5.1%;当添加量为0.05%(质量分数)时,Sn-58Bi钎料的组织明显细化且到了最大的抗拉强度89 MPa,比Sn-58Bi共晶钎料的抗拉强度增大了11.5%。     

稀土钐对锡银铋钎料界面组织及性能的影响

研究了添加稀土元素钐(质量分数为0,0.025%,0.05%,0.1%,0.2%),对无铅钎料Sn-3.5Ag-1.5Bi/Cu润湿性、界面组织和焊点剪切强度的影响。结果表明,在钎料中添加适当的钐元素,可以提高其润湿性,含量为0.1%时,钎料的铺展面积最大为56.742 mm~2。随着钐元素的加入,金属间化合物(IMC)得到细化,当钐含量为0.025%时,金属间化合物厚度最薄为3.461μm。此时,剪切强度最大为91.67 MPa。几个成分条件下,接头断口均呈韧窝状,断裂方式为韧性断裂。     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的影响

无铅钎料和基板间金属间化合物(1MC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi无铅钎料与Ni盘进行焊接,并对焊点进行了180℃时效试验,时效时间分别为O、24、96、216和384h.采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察分析了钎料与Ni界面IMC的生长及形貌变化,并对其焊点IMC层Ni的分布进行了分析,同时对其界面生长速率进行了拟合.结果表明:Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料与Ni焊盘之间的IMC是棒状的(CuxNi1-x)6Sn5,Bi的加入并没有起到很好的抑制作用,而是随着Bi含量的增加IMC先增加后减少.Sn-O.3Ag-0.7Cu/Ni焊点IMC中Ni的平均含量(wN)分为15%、5%两区域.由近Ni向钎料基体方向呈下降趋势.但是Sn-O.3Ag-0.7Cu-3.0Bi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量在7%左右.时效后IMC层的厚度会随着老化时间的延长而增加,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点由于Bi的析出IMC增长得缓慢;Sn-0.3Ag-0.7Cu/Ni焊点(CuxNi1-x)6Sn5中15%Ni的含量区域逐渐过渡到5%区域,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量维持9%较时效前有所增加.通过生长速率计算,Sn-O.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的生长速率随着Bi含量的增加而减少.     

Cu/Sn-0.7Cu-0.05x/Cu焊点界面组织形貌及力学性能的研究

研究了Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Fe/Cu焊点的界面组织形貌、钎料铺展性能及焊点力学性能。结果表明:在Sn-0.7Cu钎料中添加Fe和Ni颗粒均可以抑制金属间化合物层生长,使得界面致密平整,同时减小了液态钎料在铜基板上的表面张力,提高了铺展性能,而且使钎料的抗拉强度和塑性性能得到了一定程度的提高。与Fe颗粒相比,Ni颗粒的添加能更好地改善钎焊焊点的性能。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu-xNi无铅焊料及焊点的性能

研究了Ni元素对Sn-3.0Ag.0.5Cu无铅钎料熔点、润湿性、拉伸性能及焊点性能的影响.结果表明,镍的添加对Sn-3.OAg-0.5Cu钎料的润湿性有所改善,添加量为0.03%～0.1%时,随着镍含量的增加,润湿时间逐渐递减,润湿力逐渐增大,镍含量在0.05%时润湿时间最短,镍含量在O.1%时润湿力最大.但当镍含量到0.15%时,润湿时间反而增长,润湿力下降;镍提高了合金的抗拉强度、断后伸长率及焊点的抗剪强度.当镍含量为0.05%时,抗拉强度最高,当镍含量为0.1%时,断后伸长率和抗剪强度最高,扫描断口表现为明显的韧性断裂特征;镍的添加量为0.05%~0.1%效果较好.     

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%.     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNd钎料显微组织及性能

研究了稀土元素Nd的添加量对超低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu的润湿性能、显微组织和力学性能的影响.结果表明,微量Nd元素的加入可以显著改善Sn-0.3Ag-0.7Cu超低银无铅钎料的润湿性能和焊点的力学性能,并且能够起到细化基体组织的作用.当钎料中Nd元素的质量分数达到0.1%时,钎料的综合性能最佳,基体组织最为均匀细化.虽然Ag元素含量的降低使钎料的性能有所下降,但是加入适量Nd元素后钎料的润湿性能已接近传统Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料.     

热循环对Sn-58Bi-xCNTs/Cu钎焊接头微观组织与力学性能的影响

研究了热循环对Cu/Sn-58Bi/Cu和Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头的微观组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)形貌、厚度变化及焊点抗拉强度和拉伸断口形貌的影响规律。结果表明,随着热循环周次的增加,钎料微观组织均出现了粗化现象,且在同一热循环条件下,Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头组织较为细小;焊点界面IMC层厚度均随热循环周次的增加而出现不断增厚的趋势,且石墨化多壁碳纳米管(CNTs)颗粒增强Sn-58Bi复合钎料焊点界面IMC层长大的趋势较为缓慢;热循环周次增加,接头的抗拉强度均呈现下降趋势;热循环处理后的Cu/Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点拉伸断口形貌主要由韧窝和少量解理面组成,Cu/Sn-58Bi/Cu焊点的断裂机制从韧性断裂转变为韧-脆混合断裂模式,Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点的断裂机制均为韧性断裂。     

Sn-Ag-Cu钎料焊接显微组织演化和性能研究

利用DSC、微焊点强度测试仪、SEM、EDS及XRD,研究了Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu和Sn3.0Ag0.5Cu钎料的熔化特性、润湿性、力学性能、显微组织及相种类。通过TL-1000型高低温循环试验箱测试了-55~125℃循环条件下Sn-Ag-Cu焊点的界面层变化。结果表明,随着Ag含量的增加,钎料的熔点变化不大,钎料的润湿角显著降低,N2氛围条件下,3种钎料的润湿性均出现明显的提高。此外,3种焊点的力学性能也随着Ag含量的增加显著提高。Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的基体组织存在着少量的Ag3Sn和大颗粒Cu6Sn5化合物,且分布杂乱,Sn3.0Ag0.5Cu焊点的基体组织则相对较为均匀,这也是Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的力学性能低于Sn3.0Ag0.5Cu的主要原因。对焊点进行热循环处理,发现3种焊点界面金属间化合物的厚度明显增加,界面层的形貌也由原来扇贝状向层状转化。     

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料润湿性能和微焊点力学性能的影响

采用润湿平衡法研究了微量稀土Pr元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu在Cu基板上润湿性能的影响规律,并借助STR-1000型微焊点强度测试对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr微焊点的力学性能。结果表明,随着稀土Pr含量的增加,钎料在Cu基板上的润湿力逐渐增加,润湿时间缩短。当Pr的质量分数在0.05%~0.1%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr钎料的润湿性能最好。在260℃的试验条件下,Sn Ag Cu-0.1Pr相比Sn Ag Cu钎料润湿力提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。且当Pr含量约为0.05%时,微焊点的力学性能最佳,焊点的剪切强度提高了8.5%。