电迁移对低银无铅微尺度焊点力学行为的影响

研究了电迁移条件下不同电流密度(0.63~1.0×104 A/cm2)和通电时间(0~48 h)对低银无铅Sn-Ag-Cu微尺度焊点的拉伸力学行为的影响. 结果表明,电迁移导致了低银无铅微尺度焊点的抗拉强度显著降低,并且随着电流密度的增加或通电时间的延长,焊点的抗拉强度均呈下降趋势;同时电迁移还导致焊点的拉伸断裂模式发生明显变化,在经历高电流密度或长时间通电的电迁移后,焊点在服役条件下会发生由韧性断裂向脆性断裂的转变. 此外含银量高的微尺度焊点的抗电迁移性能更强.     

无铅钎料对不同引脚数QFP微焊点抗拉强度的影响

采用微焊点强度测试仪测试了不同引脚数方形扁平式封装（QFP）微焊点的抗拉强度，研究了QFP的引脚数、钎料成分对其力学性能的影响，并采用扫描电镜对微焊点断裂处的显微组织进行了分析。结果表明，在相同引脚数的条件下，SnAgCu钎料的微焊点抗拉强度大于Sn—Pb钎料的微焊点抗拉强度；在钎料成分相同时，48引脚数的QFP微焊点强度小于100引脚数的QFP微焊点强度。     

焊点高度对微尺度焊点力学行为的影响

采用精密动态力学分析仪研究了直径恒定为400μm、高度为125~325μm的无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu"铜引线/钎料/铜引线"三明治结构微尺度焊点在100℃和25℃温度下的准静态拉伸与剪切力学行为以及断裂失效机制.结果表明,所有微尺度焊点的拉伸和抗剪强度均随焊点高度的增大而减小;在相同的试验条件下,相同尺寸微尺度焊点的抗剪强度低于抗拉强度,同时剪切断裂应变小于拉伸断裂应变,表明电子封装互连微尺度焊点在剪切应力下的服役环境更为严峻.但是,在相同的加载速率下,相同尺寸微尺度焊点的拉伸强度与断裂应变均随温度的升高而减小.     

3D封装微尺度CSP焊点随机振动应力应变分析

基于ANSYS软件建立了3D芯片尺寸封装有限元模型,对模型中微尺度CSP焊点在随机振动载荷条件下进行有限元分析,获得了CSP焊点应力应变分布情况;分析了不同焊点材料、焊盘直径和焊点体积对应力应变的影响;并以焊点体积、焊点高度、焊盘直径为设计参数,以随机振动条件下CSP焊点应力值作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对17组应力值与微尺度CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化.结果表明,随机振动环境下应力值最小的CSP焊点组合参数为焊点最大径向尺寸0.093 mm、焊点高度0.077 mm、焊盘半径0.068 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了随机振动环境下微尺度CSP焊点的结构优化.     

SnAgCu无铅微焊点剪切力学性能的体积效应

对直径200～600 μm的Sn3.OAg0.5Cu无铅微焊点进行了多次重熔及老化试验,并采用专业的微小焊点力学性能测试仪DAGE4000测试了焊点的抗剪强度,分析了焊点体积差异对焊点抗剪强度的影响,发现SnAgCu无铅焊点的抗剪强度随着焊点体积增大呈下降趋势,体现出明显的体积效应.讨论了老化时间及重熔次数对不同体积焊...     

无铅焊点及其内部金属间化合物的力学性能研究

采用纳米压痕技术对无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)及其内部界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)的力学性能进行测试。根据实际工业工艺流程制备无铅焊点试样;利用接触刚度连续测量(CSM)技术对焊点及内部IMC层进行测试,得到IMC层及无铅焊点的弹性模量、硬度等力学性能参数,并根据载荷-位移曲线的保载阶段确定蠕变应力指数。结果表明,Sn0.7Cu的IMC层的弹性模量和蠕变应力指数为无铅焊点的2.03和6.73倍;对无铅焊点的可靠性评估中,将IMC层的影响考虑进去使得结果更为合理。     

电子互连无铅钎料及焊点蠕变行为研究进展

针对近年来无铅钎料及焊点的蠕变失效问题,综合评述了蠕变变形行为及其在焊点可靠性评估中的应用。首先系统地介绍无铅钎料的蠕变行为,探讨含合金元素/颗粒无铅钎料蠕变性能改性机制。其次评述焊点蠕变行为,探讨焊点成分以及不同基板材料对焊点蠕变特性影响的研究进展。再次结合具体电子器件,采用有限元模拟,分析基于有限元的焊点蠕变响应及疲劳寿命预测,评估焊点可靠性。最后针对无铅钎料及焊点蠕变行为的未来发展进行展望,分析其研究中存在的问题及解决办法,为焊点可靠性进一步研究提供理论支撑。     

无铅焊点金属间化合物的纳米压痕力学性能

研究Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的IMC在150℃下等温时效的生长情况,时效时间分别为100,300,500,1000 h.拟合出IMC的厚度与时效时间的关系,采用纳米压痕仪进行纳米压痕试验,发现Cu6 Sn5与Cu3 Sn的变形机制不同.Cu6Sn5为非连续性塑性变形,表现为压痕过程中的锯齿流变;Cu3 Sn的压痕曲线比较平滑.随Cu6Sn5厚度的增加,Cu6 Sn5的弹性模量和硬度没有太大变化.对时效100,500 h后的Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的过渡区进行纳米压痕试验,发现Cu,Cu3Sn,Cu6 Sn5和Sn3.0Ag0.5Cu的硬度大小顺序为Cu6 Sn5＞ Cu3 Sn＞ Cu＞ Sn3.0Ag0.5Cu.     

超低银SnAgCu钎料微焊点力学性能

研究了复合添加Ga/Nd元素对超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微焊点力学性能的影响. 结果表明,复合添加适量Ga/Nd元素可以显著改善微焊点界面组织,抑制微焊点界面附近金属间化合物的生成,从而提高微焊点的力学性能,相比母合金微焊点剪切力提高幅度达到约16%;微焊点的力学性能随着时效时间的增加而降低,降低幅度优于未添加Ga/Nd的微焊点. Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd钎料微焊点的力学性能在时效处理后仍保持较好的水平,已接近Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料微焊点的90%,具有良好的工业应用前景.     

界面Ni3Sn4微观形貌演变对微焊点力学性能的影响

针对Ni/(20 μm)Sn/Ni微焊点,研究界面金属间化合物(IMC)Ni3Sn4微观形貌演变及其对微焊点力学性能的影响,并对拉伸断口进行分析。结果表明,随着回流时间增加,Ni3Sn4 IMC厚度快速增加,其形貌也发生显著变化,由短棒状转变成长棒状,最后演变成块状;微焊点的抗拉强度表现为先减小、再持续增大的反常变化趋势,界面Ni3Sn4微观形貌演变成为主导因素,转变成长棒状的Ni3Sn4引起应力集中,造成微焊点的强度降低,继续转变成的块状Ni3Sn4增加了裂纹抗力,提高了抗拉强度。微焊点的断口形貌进一步证实了Ni3Sn4微观形貌演变对微焊点力学性能影响。创新点： 以互连高度为20 μm的Ni/Sn/Ni微焊点为研究对象,通过控制延长回流时间形成以Ni3Sn4 IMC为唯一变量实现其生长的方法,研究了Ni3Sn4 IMC的微观形貌演变对微焊点抗拉强度的影响。     

微小互连高度下的电子封装焊点微观组织

研究了互连高度分别为100,50,20,lOμm四种不同互连高度的铜／锡／铜三明治结构微焊点的微观组织变化．结果表明,随互连高度的降低,焊料层中的铜浓度也随之升高,焊点两侧生成的Cu6Sn5金属间化合物层（intermetallic compound,IMC）厚度随之降低,但其所占焊点的比例却升高．根据IMC层厚度和焊...     

Sn-9Zn-xAg无铅钎料润湿性能及焊点力学性能

研究了合金元素Ag的添加量对Sn-9Zn无铅钎料润湿性能及其焊点力学性能的影响.结果表明,当Ag元素的添加量(质量分数)为0.3%时,钎料具有最好的润湿性能,焊点的力学性能最佳,焊接接头的断口形貌显示钎料与铜基板接头断口处有明显的韧窝,是典型的韧性断裂;当Ag元素的添加量(质量分数)为0.5%～1.0%时,钎料的润湿性能下降,当Ag元素的添加量(质量分数)增加到1.0%时,焊点的力学性能有所下降,在断口的韧窝底部有大颗的Cu-Zn,Ag-Zn金属间化合物.因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ag的最佳添加量(质量分数)为0.3%.     

Plastic characterization and performance of SnAgCuBiNi/Cu lead-free BGA solder joints

Nanoindentation test is performed on study the plastic and creep properties of the Sn-Ag-Cu (SAC) lead-free ball grid array (BGA) solder joints. The dynamic hardness of two kinds of solder joints decreases with indentation depth increase. SAC0705BiNi/Cu exhibits a higher ultimate dynamic hardness and a smaller indentation depth than SAC305/Cu. Then the strain hardening phenomenon of SAC305/Cu is more obvious compared to that of SAC0705BiNi/Cu. The indentation creep of SAC0705BiNi/Cu solder joint is lower than that of SAC305/Cu solder joint before and after thermal shock. The creep rate sensitive index of SACBiNi/Cu solder joint is lower than that of solder joint. SAC0705BiNi/Cu solder joint is superior to SAC305/Cu solder joint in the anti-creep property. The plasticity of SAC0705BiNi/Cu and SAC305/Cu solder joints are similar. Compared with SAC305 solder, the SAC0705BiNi solder performs higher hardness and solder creep resistance and still maintains a good plasticity.     

稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni无铅钎料铺展性能及焊点力学性能的影响

研究了不同含量稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni钎料铺展性能及其焊点力学性能及钎料显微组织的影响规律.结果表明,随着稀土元素Ce含量的增加,钎料在铜基板上的铺展面积逐渐增大,当Ce元素含量达到0.05%时,钎料的铺展面积达到最大.Sn-Cu-Ni钎料中添加适量的稀土元素Ce,能够细化钎料组织,从而提高焊点的力学性能.当Ce元素的含量为0.05%左右时,焊点的力学性能达到最佳值.Ce元素含量超过0.05%后,继续增大稀土元素Ce的添加量,Sn-Cu-Ni钎料的显微组织又变得粗大,铺展性能有所降低,焊点力学性能也随之有所下降.     

回流焊冷却过程中PBGA焊点力学行为分析

以热弹塑性理论为基础,建立球栅阵列PBGA焊点在回流焊工艺中焊接应力的有限元模型,利用ANSYS的热结构耦合功能,采用生死单元法对Sn-Ag-Cu焊点回流焊的冷却过程进行数值模拟分析.焊点冷却结晶后的初始阶段,等效应力随温度的降低快速增加,当焊点的温度逐渐降低至室温时,等效应力为最大.结果表明,在回流焊接工艺中,PBGA焊点的裂纹极可能发生在焊料冷却结晶后的初始阶段,在焊点高应力集中区首先开裂,并在应力的作用下沿界面逐渐扩展.对焊料凝固初期冷却速率的控制是减少焊接裂纹产生的有效方法.     

应变率对无铅焊锡接点力学行为的影响

对150℃条件下经过0,72,288,500 h等温时效的Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊锡接点试样进行了应变率为2×10^-4,2×10^-2和2 s^-1的拉伸试验,研究了时效时间和应变率对焊锡接点抗拉强度和破坏模式的影响.结果表明,应变率对焊锡接点的抗拉强度有明显强化作用,抗拉强度随应变率的升高而增大.应变率从低到高的过程中,焊锡接点的破坏模式由焊料内部的韧性断裂逐渐转变为界面金属间化合物(intermetallic compound-IMC)层内的脆性断裂.     

Creep behavior on Ag particle reinforced SnCu based composite solder joints

1 Introduction The EU had issued the WEEE mandate that aimed to prohibit the use of SnPb solders by 2006. Under the pressure of legislation and trade competitions, large electronic manufacturers and research institutes studied substitutes for SnPb solders…