工艺参数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面组织和力学性能的影响

互连焊点界面反应形成的金属间化合物(IMC)对焊点服役可靠性会产生显著影响。研究了不同工艺参数(回流温度、回流时间和回流次数)条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面金属间化合物的演变及对焊点力学性能的影响,同时对焊点断裂机制进行了分析。结果表明,随着回流温度和回流时间的增加,金属间化合物η-Cu6Sn5相的形貌由贝状向板条状转变,并可观察到η相溶入焊点内部。在265℃回流时,随着回流时间增加,贝状η相不断长大,晶粒数不断减少;界面IMC的生长符合幂指数生长规律,其生长指数为0.339。回流次数对焊点剪切强度的影响为先增后减,断裂模式从纯剪切断裂到微孔聚集型断裂再到局部脆断转变。     

界面金属间化合物对铜基Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点拉伸断裂性能的影响

研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在(150±1)℃时效温度下,0～1 000 h不同时间时效后焊点的拉伸断裂性能以及界面金属间化合物(IMC)的组织形态和成分.结果表明随着时效时间的延长,焊点拉伸强度降低,拉伸断裂主要发生于Solder/IMC界面或/和IMC/IMC界面,而且断口形貌逐渐由韧窝状断口为主向解理型脆性断口转变.SEM研究发现,时效过程中界面IMC不断长大、增厚并呈针状或块状从Cu/Solder界面向焊点心部生长,时效1 000 h的焊点中IMC分层明显.半焊点结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder,同时,在靠近铜基体的IMC中有Kirkendall空洞存在.     

电迁移极性效应及其对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊点拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和微拉伸实验,研究Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu对接焊点在不同电迁移时间下阳极、阴极界面金属间化合物(IMC)的生长演变规律及焊点抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行分析.结果表明:在电流密度(J)为1.78×104 A/cm2、温度为373 K的加载条件下,随着加载时间的延长,焊点界面IMC的生长呈现明显的极性效应,阳极界面IMC增厚,阴极界面IMC减薄,且阳极界面IMC的生长符合抛物线规律;同时,互连焊点的抗拉强度不断下降,焊点的断裂模式由塑性断裂逐渐向脆性断裂转变,断裂位置由焊点中心向阴极界面处转移.     

等温时效对小间隙Cu/Sn/Cu焊点组织及性能影响

研究了焊点高度为10μm的Cu/Sn/Cu微焊点接头在110℃下分别进行200、400、600、800h等温时效后界面CuSn金属间化合物的显微组织及剪切强度的演变。结果表明,随着时效时间延长,界面的金属间化合物由初始的扇贝状Cu-_6Sn_5组织逐渐演变为层状的Cu_3Sn和Cu_6Sn_5组织,并且界面金属间化合物在时效作用下不断消耗钎缝中的β-Sn向焊点中部生长,800h时效后焊点组织完全被Cu_3Sn和Cu_6Sn_5金属间化合物所取代;另外,随着时效时间的延长及界面金属间化合物的演变,焊点的剪切强度不断提高,其中当时效时间达到400h时,两端界面金属间化合物发生部分接合,剪切强度增幅较大;800h时效后试样的剪切强度为最大值。断口形貌分析表明,随着时效时间延长,焊点的断裂机制由韧性剪切断裂演变为脆性剪切断裂。     

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。     

快速热冲击下SAC305/Cu焊点氧化行为与金属间化合物生长动力学（英文）

通过电磁感应加热装置，研究SAC305/Cu焊点氧化行为和界面金属间化合物(IMC)生长动力学。结果表明，快速热冲击下焊点自身氧化行为是主要因素，内部的Cu₆Sn₅IMC会加剧焊点的氧化。Cu₆Sn₅层的生长由晶界扩散控制，Cu₃Sn层的生长则由体扩散控制。基底溶解的Cu原子主要扩散到界面IMC和焊料的内部。在快速热冲击下，焊点剪切强度大幅度降低，72 h后下降49.2%。断裂机制由韧性断裂向韧脆性混合断裂转变，最终转变为脆性断裂。     

回流温度对单板/板级BGA无铅焊点的剪切力学行为影响

采用试验的方法研究回流温度对Sn3.0Ag0.5Cu,Sn0.3Ag0.7Cu,Sn0.3Ag0.7Cu-0.07La-0.05Ce三种无铅钎料在单板结构/板级结构中剪切性能的影响.结果表明,随着回流温度的升高,单板结构中高银焊点的抗剪强度最高且一直增加,低银焊点呈现出先增加后降低的趋势.板级结构中焊点的抗剪强度均随回流温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,其中添加稀土元素的低银焊点的抗剪强度最高.两种结构中焊点的至断位移均随回流温度的升高而降低.板级结构中,随着回流温度的升高,高银焊点的断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变,而低银焊点则一直为韧性断裂,其断裂位置向IMC方向移动.     

热时效对SnAgCu微焊点界面IMC和抗拉强度的影响

采用扫描电镜、能谱仪和微拉伸实验,研究了Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu引线对接焊点在373K不同热时效时间下焊点界面金属间化合物(IMC)的生长和抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行了分析.结果表明:随着时效时间的延长,1)界面IMC不断增厚,其生长动力学符合抛物线生长规律;2)互连焊点的抗拉强度不断下降,其断裂模式由纯剪切断裂逐渐向微孔聚集型断裂转变.     

回流温度对Cu/Sn58Bi-0.06Sm/Cu微焊点组织和性能的影响

采用回流焊工艺制备Cu/Sn58Bi-0.06Sm/Cu微焊点,研究不同的回流温度(200、220、240℃)对焊点的微观组织、力学性能和时效性能的影响。试验结果表明:随着回流温度的升高,钎料中富Bi相逐渐粗化且含量增多,焊点界面金属间化合物IMC层厚度逐步增大,钎料合金的显微硬度下降,界面IMC的硬度却提高,抗拉强度也降低。高温时效加速了钎缝界面两端Cu和Sn的相互扩散,加速了IMC层厚度的增长,且回流温度越高,时效后抗拉强度下降越明显。     

等温时效对In-3Ag/Cu焊接界面组织演变特征的影响

通过加速温度时效方法针对电子器件可靠性评估中等温时效对In-3Ag焊料显微观组织和剪切性能的影响进行研究。采用扫描电镜(SEM)、能量色散仪(EDS)和X射线衍射(XRD)分别对焊点基体及其与铜基板界面金属间化合物层的组织结构进行观察和分析,采用力学试验机测试焊点的剪切强度,并通过SEM观察分析其断裂特征。结果表明:随着等温时效时间延长,基体中二次相AgIn2显著长大,由颗粒状转变为大块状;界面IMC层(成分为(Ag,Cu)In2)的厚度逐渐增加,其生长由组元扩散速率控制;焊点剪切强度呈下降趋势,由焊后的5.94 MPa降至时效1000 h后的2.35 MPa;在100℃分别时效100、250、500和750 h后,焊点剪切失效均呈焊料内部韧性断裂模式,时效1000 h后,断裂模式转变为韧脆混合断裂。     

SnAgCu无铅焊点界面组织及抗拉强度在时效过程中的演变

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和微拉伸试验,研究Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu引线对接焊点分别在100、125、150℃时效时焊点界面IMC的生长和抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行了分析.结果表明,随着时效时间的延长,一是界面IMC不断增厚,其生长动力学符合抛物线生长规律,时效温度越高IMC生长速率越大,激活能为90 kJ/mol;二是互联焊点的抗拉强度不断下降,其断裂模式由纯剪切断裂逐渐向微孔聚集型断裂转变.     

等温时效对SnAgCu焊点界面组织及剪切强度的影响

研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点分别在1、5、10min焊接时间后在373、403、438K时效温度下焊点界面IMC的生长和剪切强度随时效时间的变化,同时对焊点断口形貌及断裂模式进行了分析。结果表明,焊接时间越长,界面IMC层越厚。随着时效时间的延长,界面IMC不断增厚,其生长动力学符合抛物线生长规律,生长激活能为75.03kJ/mol;焊点剪切强度随时效时间增加不断下降,其断裂方式从开始的韧性断裂逐渐转变为局部脆性断裂。     

时效对BGA无铅焊点力学性能和断裂机制的影响

研究了时效和焊盘处理方式(OSP、Ni/Pd/Au)对BGA(球栅封装阵列)无铅焊点力学性能、IMC(界面化合物)生长及断裂机制的影响。结果表明:随着时效时间的延长,温度的升高,焊点的强度降低,IMC增厚,断裂亦由韧性断裂向脆性断裂转变;在相同条件下,焊点(Ni/Pd/Au)的剪切强度高于OSP处理的焊点。     

Cu核微焊点界面显微组织及拉伸力学性能研究

借助扫描电镜(SEM)、动态力学分析仪(DMA)等手段,对比研究Cu核微焊点和无核微焊点的界面显微组织演变及拉伸力学性能。结果发现,Cu核的加入使界面数量由2个变为4个,界面金属间化合物(IMC)的种类及形貌发生变化。无核微焊点的界面化合物主要为平面状Cu_6Sn_5;Cu核加入后,铜丝与钎料之间化合物主要为扇贝状Cu_6Sn_5,由于镀镍层的存在,在Cu核与钎料之间的界面化合物以(Cu_x,Ni_(1-x))_6Sn_5为主。通过拉伸及断口形貌分析发现,Cu核微焊点的拉伸强度显著高于无核微焊点。无核微焊点断口处存在大量河流状花样、撕裂棱及韧窝,表现出经典的准解理断裂特征;而Cu核微焊点断口处存在大量韧窝,断裂模式接近韧性断裂。     

SAC305/Cu微焊点界面金属间化合物生长速率

界面金属间化合物(IMC)的生长速率是影响钎焊接头可靠性的重要因素. 文中研究了焊点尺寸、时效温度及镍镀层对SAC305/Cu微焊点界面IMC生长速率的影响. 结果表明,焊球尺寸为200,300,400和500 μm,时效温度为100,130,160 ℃条件下,界面IMC层厚度生长速率随时效时间平方根数值的升高而增长. 焊点尺寸由小变大,界面IMC层厚度更薄,IMC的生长速率也更小. 随着时效温度的升高,界面IMC生长速率增大. 镍镀层对界面IMC的生长速率有明显的抑制作用,即降低IMC生长速率,使其增厚变缓.     

电迁移对Cu/Sn-58Bi-0.01CNTs/Cu焊点组织及可靠性的影响

选用直流稳压电源对Cu/Sn-58Bi-x CNTs/Cu(x=0,0.01)焊点的抗电迁移性能进行了测量,研究了不同通电时间下焊点的组织、界面IMC形貌及蠕变性能。结果表明:随着通电时间的增加,钎料焊点的显微组织均呈粗化的趋势,焊点界面IMC形貌均由扇贝状趋于平坦,厚度呈上升的趋势,钎料焊点的蠕变断裂寿命均降低。与同一通电时间的焊点阳极对比,焊点阴极附近的组织更为细小,界面IMC更薄;相较于同一通电时间的Sn-58Bi钎料焊点,Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料的焊点显微组织更为细小,界面IMC更薄,焊点的蠕变性能更优。     

BGA焊点SAC305/ENEPIG/Cu界面反应演化及力学性能的尺寸效应

将直径为300、500和760μm的SAC305(Sn3.0Ag0.5Cu)焊球在ENEPIG/Cu焊盘上进行3次回流焊形成SAC305/ENEPIG/Cu焊点，并在185℃对焊点进行了时效(0～1000 h)处理，研究了焊球直径对回流及时效后微焊点界面金属间化合物(IMC)反应和演变的影响，分析了不同焊球直径的焊点在不同剪切速率下(0.2和20 mm/s)的剪切强度与断裂模式。结果表明：随焊球直径减小和时效时间延长，焊点界面金属间化合物(IMC)由单相(Cu, Ni)₆Sn₅向(Ni, Cu)₃Sn₄和(Cu, Ni)₆Sn₅两相演化，IMC生长速率随焊点尺寸的增大而减小，表现出明显尺寸效应；焊点剪切强度随剪切速率减小和时效时间增加而降低，且大尺寸焊点剪切强度的下降程度明显弱于小尺寸焊点，在高速(20 mm/s)剪切条件下，所有尺寸焊点时效300 h后断面均呈韧性断裂。     

热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊焊点组织与性能研究

研究了0~100℃热循环条件下Sn2.5Ag0.7Cu0.1REx Ni/Cu焊点界面组织和力学性能。结果表明,热循环开始到100周次,Sn2.5Ag0.7Cu0.1REx Ni/Cu钎焊焊点界面区IMC厚度和粗糙度增大,剪切强度下降,断口韧性降低;添加微量Ni能降低IMC的厚度和粗糙度,抑制IMC的生长,减缓焊点剪切强度的降低;当Ni添加量为0.05%(质量分数)时,界面IMC厚度和粗糙度均最低,剪切强度最高,100周次后为韧性断裂。     

驻留时间和加载速率对无铅焊点低周疲劳行为的影响

在25 ℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同驻留时间(1~20 s)和不同应变速率(0.01~0.08 mm/s)条件下的低周疲劳试验. 结果表明,在25 ℃下1~20 s的驻留时间对焊点的疲劳寿命影响不大;随着应变速率的加快,焊点的疲劳寿命逐渐降低,断裂机制逐渐由延性断裂向脆性断裂转变. 不同应变速率条件下的疲劳裂纹主要在焊点边缘钎料与金属间化合物(IMC)之间的界面处萌生,并在近IMC层的钎料内扩展. 焊点断口主要分为:裂纹扩展区和最终断裂区.     

Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头的热时效行为

对比研究了不同时效温度下Sn-58Bi和Sn-58Bi-0.5Ce钎焊接头的组织、界面IMC形态、厚度及接头拉伸性能和断口形貌。结果表明:Ce颗粒的添加细化了Sn-58Bi钎料的组织,抑制了Sn-58Bi钎料接头时效过程中组织的粗化、IMC形貌变化及厚度的增大。随时效温度的升高,Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头IMC形貌从扇贝状逐渐趋于平整,厚度逐渐增大,抗拉强度逐渐降低,拉伸断口由韧性断裂转变为脆性断裂。