自适应无铅焊料的开发与研究

可靠性是电子工业发展所面临的最大难题.随着对无铅焊料的深入研究,消除金属间化合物对焊点机械性能的不利影响,及解决由于印刷电路板与电子材料间的热膨胀系数不同所产生的、在热循环过程中出现的热疲劳现象,都是提高可靠性的途径.提出了开发自适应无铅焊料解决上述问题,阐述了制备自适应无铅焊料的可行性,并展望了此种焊料的良好应用前景.     

无铅电子封装焊料的研究现状与展望

随着美、日和欧盟就含铅钎料建立相应立法之后,各国都在紧锣密鼓地开展绿色环保无铅产品的研发工作.介绍了国内外无铅焊料所涉及的4种主要成分设计方法,以及当前研究的主要无铅体系及其各自特征;论述了各焊料体系所应用的范围、组织结构和性能,及无铅焊料所关注的主要性能指标和发展趋势,并结合我国国情展望了我国无铅焊料的前进方向.     

冷却速度对Sn-Ag无铅焊料微观组织和机械性能的影响

研究了不同冷却速度下无铅焊料Sn-3．5％(质量分数)Ag合金的微观形貌(冷却速度从0．08K／s到10^4K／s)。结果表明焊料合金中二次枝晶间距随冷却速度增加而逐渐减小，且符合公式：d=atf^n，其中d为二次枝晶间距，tf是冷却时间，a和n是由材料和其成分所决定的常数，通过计算得到对于Sn-3．5％(质量分数)Ag合金其a为3．7，而n为0．43。维氏硬度测试结果表明：快速冷却条件能使焊料合金晶粒细化，其中作为强化相的金属间化合物Ag3Sn分布更加细密，从而能使整个合金机械性能得到提高。     

Sn-Bi-Sb无铅焊料研究

开发了一种新型无铅焊料-Sn-Bi-Sb软焊料.Bi和Sb含量均影响Sn-Bi-Sb无铅焊料的力学性能,其中Bi是影响合金力学性能的主控元素.Sn-1.38Bi-0.49Sb焊料是获得最优综合力学性能的最佳成分焊料,其拉伸强度为55.4MPa,延伸率为35.9%,扩展率为80.6%,熔化温度为225～229℃,相对成本为1.478.实验结果表明,Sn-1.38Bi-0.49Sb无铅焊料不仅具有良好的物理和力学性能,而且成本较低.     

回流次数对无铅焊点组织演变及可靠性的影响

目的研究不同回流次数对焊点形貌以及组织演变的影响,并通过力学性能来表征不同回流次数下焊点的可靠性。方法利用置球法将Sn3Ag0.5Cu小球置于Cu基板表面,随后在回流焊机中形成焊点,并进行不同次数回流焊接得到所需焊点,横截镶样打磨腐蚀后,利用光学显微镜、扫描电子显微镜进行显微组织观察,并用推拉试验机进行剪切测试。结果在焊点反应过程中,由于熔融焊料中析出的过饱和Cu和Sn会在焊料部分形成中空的Cu6Sn5管状物和片状的Sn基体,但随着反应的持续,这些物质逐渐消失。在IMC层的形成过程中,伴随着大量Cu6Sn5颗粒的产生,随着反应的持续,颗粒数量逐渐减少,IMC层厚度逐渐增加,但增加速度减缓。结论在IMC层的生长过程中,大块IMC会吞噬Cu6Sn5小颗粒来增加自身体积,从而抑制小颗粒的产生,最终减缓自身的生长。此外随着回流次数的增加,焊点由韧性断裂逐渐转变为韧脆性混合断裂,对焊点可靠性的降低具有一定影响。     

添加0.05％(La+Ce)对SnXCuNi焊料与Cu基板间界面组织的影响

在Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加0.05％(质量分数,下同)(La+Ce),对焊料/Cu焊点等温时效后其界面组织的变化规律以及界面金属间化合物的形成和生长行为进行分析研究,结果表明:随着等温时效时间的延长,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.05(La+Ce)/...     

Sn-9Zn-xP无铅焊料合金性能研究

以Sn-9Zn合金为研究对象,考察了P的添加对其性能的影响,并对其机制作了初步探讨。通过二次离子质谱(SIMS)分析发现,P的添加显著降低Sn-9Zn合金中的含氧量,从而提高了合金在Cu上的润湿性。P的改善润湿性的效果不仅有利于其工艺性能,也提高了Sn-9Zn/Cu焊点界面的结合强度,只使其塑性略有下降。同时,微量P的添加不改变Sn-9Zn合金与Cu形成的焊点的界面结构。另外,蠕变强度测试结果表明,P的添加能显著提高合金的抗蠕变性能。     

无铅焊料Sn-Ag-Sb系列合金的研究与开发

采用均匀设计方法对Sn-Ag-Sb系无铅焊料合金进行合金设计,并对其焊料合金进行了熔点、剪切强度及微观组织等研究分析,结果表明:Sb的加入,对Sn-Ag-Sb系合金熔点下降的影响较小,Ag、Sb在Sn基体中形成Ag3Sn和SbSn相,形成良好弥散强化,因此使得焊料合金具有较高的机械强度.     

Sn-9Zn无铅焊料合金凝固组织及其在时效中的演变

为了考察Sn-9Zn无铅焊料合金凝固组织及其在时效中的演变,制备了不同冷却条件及不同熔体过热度下Sn-9Zn/Cu焊点,并利用扫描电镜和光学显微镜观察了其组织形貌.观察发现:共晶组织随冷却速率提高而显著细化;同时,随炉缓冷凝固时合金形成完全的层片状共晶组织,而空冷和喷水冷却条件下合金除层片状共晶组织外,还形成了杆状富锌相.实验结果还表明,熔体过热度对出炉空冷合金的共晶组织有显著影响,较高的熔体过热度使共晶组织更细密.在空冷合金的时效过程中,杆状富锌相趋于逐渐溶解消失,90℃时效时还发生了共晶组织的显著粗化.     

时效处理对Sn-Bi系无铅焊料的影响研究

为解决Sn-Bi焊料在焊接时容易产生凝固偏析、降低焊点力学性能的问题,采用对焊点进行时效处理的方法来消除Bi的粗化结晶,从而增强焊料的机械性能.研究表明,焊点在125℃时效处理16 h,粗大块状的Bi全部消融,呈颗粒状均匀分布,焊料中的Sn与焊盘上的Cu生成一层厚度约为3μm的Cu6Sn5金属间化合物,使焊点的剪切强度由40 MPa升高到54 MPa.研究还发现,时效处理后的焊点在100℃下长时间放置,微观组织不再发生变化,说明时效处理提高了焊料基体的抗热性能,因此,可以将125℃/16 h的时效处理作为表面贴装生产工艺流程的一道必要工序,使Sn-Bi焊料真正满足实用要求.     

球栅阵列无铅焊点随机振动失效研究

通过非接触式激光全息激振方法对试件(电路板组件)进行试验模态分析,了解其动态特性;以其第一阶固有频率作为中心频率,分别进行了三种不同加速度功率谱密度幅值的窄带随机振动疲劳试验,并对失效焊点进行金相剖面分析,探究球栅阵列(BGA)无铅焊点在随机振动载荷下的失效机理。结果表明,三种加速度功率谱密度幅值的随机振动试验中BGA无铅焊点的失效机理不尽相同,随着功率谱密度幅值增加,焊点失效位置由靠近电路板(PCB)一侧向靠近封装一侧转变,分别是靠近PCB一侧的焊球体,焊点颈部以及靠近封装一侧的Ni/金属间化合物(IMC)界面处,相应的失效模式由疲劳断裂转为脆性断裂     

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织与性能研究

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金显微组织和性能的影响,通过对钎料的熔化温度、润湿性能、接头剪切强度的测试及显微组织观察,指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金,同时确定了最佳的Er含量范围.     

再流条件对Ni颗粒增强复合钎料组织形态的影响

主要针对不同的再流次数带来的不同热输入对Ni颗粒增强复合钎料IMC形态的影响进行了深入研究。由前一阶段研究表明，决定Ni颗粒增强复合无铅钎料组织变化的关键因素是钎料的钎焊温度与钎料熔点的温度差△T以及在熔点以上保温时间t。其本质即外界对钎料的热输入量的大小。随着热输入的增加，Ni颗粒周围的IMC以及钎料/基板界面处的IMC都相应变化发展。由于Ni颗粒的加入。基板＼钎料界面层的结构形态均与Sn-Ag共晶钎料有较大不同，Ni与cu6Sn5的相互作用起到了关键影响。界面层厚度的变化随再流次数增加呈现线性增长。     

On the advantages of using a hypoeutectic Sn-Zn as lead-free solder material

Hypoeutectic Sn-Zn may be a better choice than the eutectic Sn-9Zn as a lead-free solder. We checked the non-equilibrium melting behaviors of a series of Sn-Zn alloys (2.5-9 wt.% Zn) by differential thermal analysis, and found that at a heating rate of 5 °C/min, Sn-6.5Zn behaves the same way as the eutectic Sn-9Zn in melting. Dipping and spreading tests were carried out to characterize the wettability of Sn-Zn alloys on Cu. Both tests indicated that Sn-6.5Zn has significantly better wettability to Cu than Sn-9Zn does. The reaction layers formed during the spreading tests were examined. For all samples with 2.5-9 wt.% Zn, two reaction layers are formed at the interface, a thick and flat Cu₅Zn₈ layer adjacent to Cu and a thin and irregular Cu-Zn-Sn layer adjacent to the alloy. The total thickness of the reaction layers between the alloy and Cu was found to remarkably decrease with decrease of the Zn concentration.     

电子焊料的无铅化及可靠性问题

随着环境保护意识的增强,人们更清楚意识到铅的剧毒性给人类健康、生活环境带来的严重危害,全球范围已相继立法规定了使用含铅电子焊料的最后期限,无铅封装,无铅焊料成为了近年来的研究热点问题。本文主要叙述了研究无铅焊料的驱动力,以及无铅焊料须满足的基本要求、常用无铅焊料的优缺点和改进方法,同时介绍了无铅化焊接由于焊料的差异和工艺参数的调整,给焊点可靠性带来的相关问题。     

无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7Cu的低周疲劳行为

测量了Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅焊料试样的循环滞后回线、循环应力响应曲线、循环应力-应变和应变寿命关系,研究了焊料在总应变幅控制下的低周疲劳行为结果表明:该焊料合金在总应变幅较高(1%)时发生连续的循环软化,而在总应变幅较低(≤0.4%)时则表现为循环稳定.线性回归分析表明,该焊料的低周疲劳寿命满足Coffin-Manson经验关系式,由此给出了焊料在室温下的低周疲劳参数.采用扫描电镜观测和分析了焊料在疲劳前后的组织特征.