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%.     

RE对SnAgCu钎料合金及焊点性能的影响

利用JSM-5610LV扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）等测量方法,研究了微量RE对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料的显微组织、润湿特性、拉伸强度及焊点剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明,向Sn-2.5Ag-0.7Cu中添加0.1%RE可明显细化钎料合金的显微组织,改善钎料合金的润湿特性,提高钎料合金的抗拉强度、伸长率及焊点剪切强度,增加焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.5%时,由于形成了RE化合物而明显恶化钎料合金的性能。     

RE含量及环境条件对SnAgCu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响

采用搭接面积为1mm^2的微型接头，研究了Ce-La混合稀土（RE）含量和环境条件对Sn2．5Ag0．7CuxRE钎料钎焊接头蠕变断裂寿命的影响。结果表明：添加微量RE可改变钎焊接头界面层金属间化合物的几何尺寸及形态，从而影响SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.1％时（质量分数，下同），焊点界面金属间化合物尺寸小且均匀，蠕变断裂寿命最长，为SnAgCu焊点蠕变断裂寿命的8．4倍，其值明显高于商用钎料Sn3．8Ag0．7Cu焊点的蠕变断裂寿命。在相同条件下，焊点的服役温度升高、应力增加，将导致焊点的蠕变断裂寿命下降。     

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。     

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。     

超声波和电场共同作用下SnAgCuRE/Cu钎焊接头的时效特性

研究了时效对电场和超声振动共同作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面生成的IMC主要由靠近钎料合金一侧的Cu6Sn5相,而时效后界面靠近Cu一侧出现Cu3Sn。时效过程中,随着时效时间和时效温度的增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu界面区生长受扩散机制控制,IMC总厚度增加,力学性能下降。     

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。     

电场对超声波辅助钎焊Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响

研究了电场对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面区近钎缝侧的组织与性能的影响。试验表明:超声振动和电场共同作用的新钎焊工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头剪切强度有较大影响,随着电场强度的增加,钎焊接头剪切强度先增加后下降。当电场强度为2 kV/cm、电场作用时间为60 s时,钎焊接头剪切强度达到28.7 MPa的最大值,能形成较薄且平整的界面区。     

Ni对SnAgCuRE钎料及其钎焊接头性能的影响

以商用Sn3.8Ag0.7Cu为参照系,研究了Ni对Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RE钎料合金及其钎焊接头性能的影响。研究结果表明,添加0.05%(质量分数)Ni能在不降低Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度的同时显著提高其伸长率,是商用Sn3.8Ag0.7Cu的1.4倍;相应地钎焊接头的蠕变断裂寿命最长,为未添加Ni时的13.3倍,远高于现行商用Sn3.8Ag0.7Cu的,满足微电子连接高强韧高可靠性无铅钎料合金系的需求。     

微量Ni对Sn2.5Ag0.7Cu钎料组织和性能的影响

研究微量Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Sn2.5Ag0.7Cu合金主要由β-Sn相、Ag3Sn相和Cu6Sn5相组成;添加微量的Ni元素后,可以有效地细化合金的内部组织,且共晶组织内部产生以Cu6Sn5相为基的(Cu,Ni)6Sn5相,或Ag3Sn相为基的(Ag,Ni)3Sn相。焊点界面主要为Cu基体、IMC层和钎料3个区域;随着钎焊时间的延长或钎焊温度的增加,IMC层在Cu基体侧较为光滑平坦,而钎料侧呈现扇贝状分布;钎焊接头的剪切强度都是呈先增大后减小趋势,在钎焊时间240 s和钎焊温度300℃达到最大值48 MPa。     

Ni改性GNSs对SnAgCuRE/Cu钎焊接头热老化特性的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片（GNS）独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs（Ni-GNSs）增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明：Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物（IMC）颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%（质量分数）GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%（质量分数）GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。     

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。     

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料合金显微组织和性能的影响.试验发现,微量Er的添加,使Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金的熔化温度稍有降低,铺展面积有所增加,抗剪强度有所提高.通过显微组织观察,加Er后网状共晶物体积百分比增大,初晶金属间化合物(IMC)的尺寸变小.微量Er抑制了时效过程钎料与铜基体界面IMC层(IML)的增厚,时效400 h后差别更明显,有利于提高钎料接头的可靠性.指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金.     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

Influence of Cu Nanoparticles on Microstructure and Mechanical Properties of Sn0.7Ag0.5Cu-BiNi/Cu Solder Joint

The influence of Cu nanoparticles addition on microstructure and mechanical properties of Sn0.7Ag0.5Cu-BiNi/Cu solder joint after reflow and isothermal aging has been investigated in this study. Experimental results indicate that the addition of Cu nanoparticles suppresses the growth of intermetallic compound (IMC) layer at the interface after reflow and aging. Moreover, the bulk solder appears with refined microstructure after adding Cu nanoparticles. In addition, solder joints containing Cu nanoparticles display higher microhardness due to the dispersive distribution of Cu nanoparticles as well as the refined IMC particles. The addition of 0.1% Cu nanoparticles can improve the microhardness by 16% compared with the noncomposite. However, the existing porosity in the solder exerts a negative effect on microhardness and shear strength. The mechanism of porosity formation has been discussed in detail. Porosity increases markedly with increasing Cu nanoparticles proportion.     

RE对微连接用SnAgCuRE钎料合金组织及性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu系钎料合金为基础,添加少量的RE,研究RE添加量对合金组织、力学及物理性能的影响,以确定最佳RE添加量。     

添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金性能的影响

通过试验研究了添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金在Cu表面的润湿性、焊点剪切强度、抗蠕变性能与组织的影响。结果表明，当添加量较低时，Ag能够改善Sn-9Zn合金熔体对Cu的润湿性和焊点剪切强度，而添加量较高时Ag则会使它们降低；就焊点润湿性和剪切强度而言，最佳Ag含量（质量分数）为0．30％～0．60％。Ag的添加能显著提高Sn-9Zn合金体材的抗蠕变性能。显微分析表明，在含Ag合金中形成了弥散分布、尺度为微米级的Ag—Zn化合物颗粒，这可能是合金得到强化的原因。