等温时效对新型Sn-Ag基复合钎料显微组织和力学性能的影响

研究了等温时效对Sn-3.5Ag共晶钎料及其复合钎料的力学性能和显微组织变化的影响。为了弥补传统复合钎料制备和服役中强化颗粒容易粗化的问题, 制备了不同种类最佳配比的具有纳米结构的有机无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS)颗粒增强的Sn-Ag基复合钎料。对钎焊接头在不同温度（125、150、175℃）下进行时效,通过SEM和EDAX分析了钎料与基板间金属间化合物层(IMC)的生长情况。结果表明, 经过不同温度时效,复合钎料钎焊接头界面处金属间化合物的生长速率比Sn3.5Ag共晶钎料慢, 复合钎料的IMC生长的激活能分别为80、97和77kJ/mol,均高于Sn3.5Ag共晶钎料。经过150℃时效1000h后,复合钎料钎焊接头的剪切强度分别下降了22%、13%和18%,下降幅度相当或明显小于Sn-3.5Ag钎料钎焊接头。      

Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变断裂及强化机理研究

测定了不同应力和温度下Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料63Sn37Pb钎焊接头蠕变寿命,分析了Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料钎焊接头蠕变断裂机理.表明:Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变寿命优于基体钎料;Ag颗粒表面Ag-Sn金属间化合物形成及Ag颗粒对富Pb层阻碍作用是复合钎料钎焊接头蠕变性能提高的主要因素;钎焊接头Cu基板上一薄层富Pb相区形成是蠕变裂纹主要原因.     

Co颗粒含量对SnBi/Cu接头微观组织与性能的影响EI北大核心CSCD

采用扫描电镜(SEM)观察Sn35Bi-x Co(x=0%,0.3%,0.7%,1.0%,1.2%,1.5%,质量分数,下同)复合钎料/Cu接头的微观组织,结合能谱(EDS)和XRD分析,研究接头组织差异。利用万能试验机测试接头力学性能,研究Co颗粒含量对SnBi/Cu接头组织及性能的影响机制。结果表明:随Co颗粒含量增加,Sn35Bi-Co复合钎料的润湿性呈现先增大后降低的趋势,当Co颗粒含量为0.7%时,润湿性最佳;在凝固阶段,向Sn35Bi/Cu接头中加入适量的Co颗粒后,能有效细化焊缝组织,界面IMC层更为平坦,焊缝中Co原子置换界面Cu_(6)Sn_(5)层中Cu原子,生成(Cu,Co)_(6)Sn_(5)固溶体,对界面IMC层具有固溶强化作用;Sn35Bi-Co/Cu接头的抗剪强度随Co颗粒含量增加先增大后降低,当Co颗粒含量为0.7%时,获得最大值54.09 MPa。     

Sn-3.5Ag/Cu界面金属间化合物的生长行为研究

研究了Sn-3.5Ag无铅钎料和Cu基体在钎焊和时效过程中界面金属间化合物的形成和生长行为.结果表明,在钎焊过程中,由于钎料中存在着Cu的溶解度,界面处生成的金属间化合物存在着分解现象.因此Sn-3.5Ag/Cu界面金属间化合物层厚度与化合物层的分解有着密切关系.由于吸附作用,金属间化合物表面形成了纳米级的Ag3Sn颗粒.当钎焊接头在70,125,170℃时效时,钎焊时形成的扇贝状金属间化合物转变为层状.金属间化合物的生长厚度与时效时间的平方根呈线性关系,其生长受扩散机制控制.整个金属间化合物层和Cu6Sn5层的生长激活能分别为75.16 kJ/mol,58.59kJ/mol.     

纳米Cr颗粒对Sn-Zn-Bi-In/Cu钎焊焊点性能的影响

通过向Sn-Zn-Bi-In钎料中添加不同含量的纳米Cr颗粒制成新型复合钎料Sn-5Zn-10Bi-10In-xCr(x=0％,0.1％,0.3％,0.5％,质量分数),探讨纳米C r颗粒对时效前后钎焊焊点的组织形貌、元素分布、物相组成和力学性能的影响.结果表明:纳米Cr颗粒的添加能够抑制焊点金属间化合物(IMCs)的生长,随着纳米Cr颗粒含量的增加,IMCs扩散层厚度逐渐降低;界面处IMCs扩散层靠近母材Cu一侧为Cu5 Zn8相,靠近钎料区一侧为Cu6 Sn5相;随时效时间的增加,钎料侧部分Cu5 Zn8化合物长大分解,Cu3 Sn相形成;纳米Cr颗粒抑制了时效过程中IMCs扩散层的进一步长大;随着纳米Cr颗粒含量的增加,焊接焊点的剪切强度和显微硬度均先增加后下降,Sn-5Zn-10Bi-10In-0.3Cr/Cu焊点的剪切强度和硬度最高;时效后焊件的剪切强度比时效前均有所下降,但纳米Cr颗粒的添加使焊点保持了良好的剪切强度,时效后焊点钎料区显微硬度比时效前有所上升,但也始终保持在30HV0.1以下.     

应力对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料蠕变性能的影响

使用搭接面积为1mm2的单搭接钎焊接头,研究了恒定温度下应力对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响,结果表明:Ag颗粒增强SnCu基复合钎料的蠕变抗力优于99.3Sn0.7Cu基体钎料;随着应力的增大,复合钎料及其基体钎料钎焊接头的蠕变寿命均呈下降趋势,且应力对复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响比基体钎料明显.     

Sn8Zn3Bi-xCu/Cu焊接接头界面反应及力学性能研究

以Sn8Zn3Bi为研究对象,采用微合金化方法研究了不同含量的Cu元素对其显微组织、钎料合金与Cu基板钎焊后的界面金属间化合物(IMC)层尺寸及焊接接头剪切强度的影响。结果表明,Sn8Zn3Bi-xCu/Cu(x=0.3,0.5,0.8,1.0,1.5)焊接界面IMC主要为层状Cu5Zn8相。随着Cu含量的增加,界面IMC层的厚度逐渐减小,接头的剪切强度逐渐提高,Sn8Zn3Bi-1.5Cu/Cu接头剪切强度较Sn8Zn3Bi/Cu显著提高。经120℃时效处理后,Sn8Zn3BixCu/Cu(x=0,0.3,0.5,0.8,1.0,1.5)焊接接头剪切强度都明显下降,接头断裂方式由韧性断裂转为局部脆性断裂,但添加了Cu元素的钎料界面IMC生长速度较Sn8Zn3Bi钎料慢,因此Cu元素的添加抑制了界面IMC层的生长。     

Sn0.3Ag0.7Cu-xPr无铅钎料显微组织和力学性能研究

本文对Sn0.3Ag0.7Cu-x Pr钎料的显微组织和力学性能进行了试验研究。结果表明,微量稀土Pr的添加可以有效细化Sn0.3Ag0.7Cu钎料的显微组织和显著提高钎料的拉伸强度。Sn0.3Ag0.7Cu-0.1Pr钎料的基体组织得到最大程度的细化以及均匀化,金属间化合物颗粒尺寸明显减小,钎料的拉伸强度和延展性也达到了最大值,拉伸断口出现细小均匀的韧窝,呈明显的韧性断裂特征。当稀土Pr含量继续升高时,钎料的力学性能恶化,这与基体组织中出现的大块PrSn_3稀土相有关。     

热循环对SnAgCu(纳米Al)/Cu焊点界面与性能影响

研究了纳米0.1%(质量分数)Al颗粒对SnAgCu无铅钎料与铜基板之间界面反应的影响,研究两种无铅钎料界面在-55~125℃热循环过程中的生长行为及其焊点力学性能变化。结果表明:随着热循环次数的增加,界面层金属间化合物的厚度明显增加,焊后界面层金属间化合物为Cu6Sn5相,在热循环过程中在Cu6Sn5和Cu基板之间出现Cu3Sn相。发现纳米Al颗粒的添加,界面层金属间化合物的厚度明显减少,纳米颗粒对界面层的生长具有明显的抑制作用。同时对焊点在热循环过程中的可靠性进行分析,发现焊点的拉伸力随着循环次数的增加逐渐降低,含纳米Al颗粒的焊点具有明显的优越性,在焊点服役期间,焊点失效路径为Cu6Sn5/Cu3Sn的界面处。     

Cu基板表面镀镍浸金保护层对无铅焊点可靠性的影响

结合Sn-3.5Ag和Sn-3.0Ag-0.5Cu两种无铅钎料研究了镀镍浸金层(Electroless Nickel Immersion Gold,ENIG)表面层对焊点界面反应以及力学性能的影响。结果表明,钎焊后在Sn-3.5Ag/ENIG/Cu界面主要生成(Ni_yCu_(1-y))_3Sn_4,在Sn-3.0Ag-0.5Cu/ENIG/Cu界面主要生成(Cu_xNi_(1-x))_6Sn_5。在Sn基钎料/ENIG(Ni)/Cu界面处生成金属间化合物的种类及形貌由焊点中Cu原子含量决定。在时效过程中,ENIG表面层中Ni层有效抑制了焊点界面处金属间化合物的生长,减缓了焊点剪切性能的下降。在钎焊过程中ENIG表面层中的Au层不参与界面反应而是进入钎料基体与Sn反应,但是在时效过程中Au原子向界面迁移并造成焊点界面金属间化合物成分和焊点剪切强度的明显变化。