Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究

利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点在时效过程中的界面金属间化合物（IMC）形貌和成份。结果表明：150℃高温时效50、100、200、500h后,Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点界面IMC尺寸和厚度增加明显,IMC颗粒间的沟槽越来越小。50h时效后界面出现双层IMC结构,靠近焊料的上层为Cu6Sn5,邻近基板的下层为Cu3Sn。之后利用透射电镜观察了Sn37Pb/Ni和Sn3.8Ag0.7Cu/Ni样品焊点界面,结果显示,焊点界面清晰,IMC晶粒明显。     

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103 A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37 Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.     

典型Sn基焊料凸点互连结构电迁移异同性

研究了Sn37Pb,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn0.7Cu三种焊料BGA焊点在电迁移作用下界面的微观组织结构.在60℃,1×103 A/cm2电流密度条件下通电187h后,Sn37 Pb焊点阴极界面已经出现了空洞,同时在阳极有Pb的富集带;Sn3.0Ag0.5Cu焊点的阴极界面Cu基体大量溶解,阳极金属间化合物层明显比阴极厚;对于Sn0.7Cu焊料,仅发现阳极金属间化合物层厚度比阴极厚,阴极Cu基体的溶解不如SnAgCu明显,电迁移破坏明显滞后.     

回流次数对Sn3.8Ag0.7Cu-xNi/Ni焊点的影响

研究了复合无铅焊料Sn3.8Ag0.7Cu-xNi(x=0.5,1.0,2.0)与Au/Ni/Cu焊盘在不同回流次数下形成的焊点的性能.结果表明,Ni颗粒增强的复合焊料具有良好的润湿性能,熔点小于222℃;X为0.5的焊料界面IMC由针状(CuNi)6Sn5演化为双层IMC,即多面体状化合物(CuNi)6Sn5和回飞棒...     

SiC基IGBT高铅焊料芯片固晶层的热冲击失效机理

目前大功率SiC IGBT器件常用高熔点的高铅焊料作为固晶材料，为保证功率器件的长期使用，需研究温度冲击条件下高铅焊点的疲劳可靠性，并探究其失效机理。采用Pb92.5Sn5Ag2.5作为SiC芯片和基板的固晶材料，探究温度冲击对固晶结构中互连层疲劳失效的影响。结果表明，温度冲击会促进焊料与SiC芯片背面的Ti/Ni Ag镀层反应生成的块状Ag₃Sn从芯片/焊料层界面往焊料基体内部扩散，而焊料与Cu界面反应生成的扇贝状Cu₃Sn后形成的富Pb层阻止了Cu和Sn的扩散反应，Cu₃Sn没有继续生长。750次温度冲击后，焊料中的Ag与Sn发生反应生成Ag₃Sn网络导致焊点偏析，性质由韧变脆，焊点剪切强度从29.45 MPa降低到22.51 MPa。温度冲击模拟结果表明，芯片/焊料界面边角处集中的塑性应变能和不规则块状Ag₃Sn导致此处易开裂。     

添加Sb和LaB6对Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面IMC生长的影响

研究了Sb和稀土化合物的添加对Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料焊接界面金属间化合物层生长的影响。研究结果表明,固态反应阶段界面化合物层的生长快慢排序如下:v(SAC0.4Sb0.1LaB6/Cu)v(SAC0.4Sb/Cu)v(SAC0.1LaB6/Cu)v(SAC/Cu)。计算各种界面IMC生长的激活能Q结果表明,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面IMC生长的激活能最高,为92.789 kJ,其他焊料合金Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb0.1LaB6/Cu,Sn3.0Ag0.5Cu0.1LaB6/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb/Cu界面IMC生长的激活能分别为85.14,84.91和75.57 kJ。在老化温度范围内(≤190℃),Sn3.0Ag0.5Cu0.4Sb0.1LaB6/Cu的扩散系数(D)最小,因而其界面化合物的生长速率最慢。     

Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-Ni镀层的液固界面反应

在流动的还原性气氛中,研究了共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与不同Fe含量的Fe-Ni合金层的液固界面反应行为。结果表明:低Fe含量的Fe-83Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料具有较快的液固界面反应速率,高Fe含量的Fe-53Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料具有较慢的液固界面反应速率,在界面处可以观察到致密的FeSn2白色化合物层。而Fe-74Ni镀层与共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料的液固界面反应速率介于二者之间。当共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-Ni镀层反应时,界面处生成的致密的FeSn2白色化合物,可以有效地阻止Fe-Ni镀层的快速消耗。     

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。     

电迁移对Ni/Sn63Pb37/Cu焊点界面反应的影响

研究了在125℃,1×103 A/cm2条件下电迁移对Ni/Sn63Pb37/Cu BGA焊点界面反应的影响.回流后,在焊料/Ni界面处形成Ni3Sn4、在焊料/Cu界面处形成Cu6Sn5的金属间化合物.随着电迁移时间增加,芯片侧金属间化合物转变为(Cu,Ni)6Sn5类型化合物,印制板侧Cu6Sn5金属间化合物类型保...     

不同金属黏附层对无铅焊料SAC305剪切强度的影响

<正>无铅焊料是不含铅或含铅量极少的一种焊料的统称,以Sn为主要的组成成分,向其中加入Ag,Cu等金属元素。在无铅材料中,Sn-Ag-Cu无铅焊料是公认的最优秀的无铅焊料,无铅焊料中铅元素的质量分数极低,基本在0.02%-0.1%之间共晶Sn-Ag-Cu系无铅焊料在凝固过程中产生粗大的Ag_3Sn、Cu_6Sn_5金属间化合物(IMC)。由于在金属间化合物生长的过程中,界面附近的原子会发生穿过界面的互扩散,而不同原子扩散速度不同,     

共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料在Fe-Ni镀层上的反应润湿行为

用电镀工艺制备了Fe-Ni镀层,研究了还原气氛保护下共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料在Fe-Ni镀层上的反应润湿行为。结果表明:在共晶Sn3.8Ag0.7Cu与Fe-74Ni反应润湿体系观察到了伪部分润湿行为。在铺展球冠的前沿,可以明显地看到有液态膜伸出主液体铺展前沿。随着回流时间的增加,液态膜逐渐长大。共晶Sn3.8Ag0.7Cu焊料与Fe-74Ni电镀合金层的液固界面生成了一层FeSn2化合物,还有大量Cu/Ni/Sn化合物进入焊料内部。     

Sn95Sb5焊料与ENIG/ENEPIG镀层焊点界面可靠性研究

研究了Sn95Sb5焊料在化学镍金(ENIG)镀层、化学镍钯浸金(ENEPIG)镀层表面形成的焊点界面微观组织形貌与剪切强度。使用Sn95Sb5焊料在FR4印制板上焊接0805片式电容,焊点在高温时效测试和温度循环过程中均表现出较高的剪切强度,焊点界面连续且完整,剪切强度下降的最大幅度不超过19.2%。Sn95Sb5焊料在ENIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENIG焊点)强度更高。Sn95Sb5焊料在ENEPIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENEPIG焊点)界面反应更为复杂,在焊点界面附近可观察到条块状的(Pd,Ni,Au) Sn₄。Sn95Sb5/ENEPIG焊点界面的金属间化合物层平均厚度约为Sn95Sb5/ENIG焊点界面的2倍。     

Sn-37Pb焊球与Ni/NiP UBM界面反应特性研究

通过对共晶锡铅焊球与Ni/NiP UBM层扫描电镜界面微观组织观察和成分分析,研究了Sn-37Pb/Ni和Sn-37Pb/NiPUBM焊点界面反应特性。研究表明芯片侧界面IMC由Ni层到焊料的顺序为:靠近Ni层界面化合物为(Ni,Cu)_3Sn,靠近焊料侧化合物为(Cu,Ni)_6Sn_5;PCB板侧界面IMC包括靠近NiP层的NiSnP化合物和靠近焊料侧的(Cu,Ni)_6Sn_5化合物,NiSnP是由于Ni的扩散形成。PCB板侧NiP镀层中存在微裂纹缺陷,此裂纹缺陷会导致金属间化合物中产生裂纹,从而对焊点力学性能和可靠性产生不良的影响。     

Sn—Ag—Cu无铅焊料性能研究

环保和微电子器件高度集成化的发展驱动了高性能无铅焊料的研究和开发,Sn—Ag－Cu系无铅焊料由于具有良好的焊接性能和使用性能,已逐渐成为一种通用电子无铅焊料。文章通过实验的方法,研究了8种不同配比的Sn—Ag—Cu焊料中银、铜含量对合金性能（包括熔点、润湿性和剪切强度）的影响,并对焊料的显微组织进行对比与分析,得出低银焊料的可靠性比高银焊料好,同时Sn－2．9Ag—1．2Cu的合金具有较低的熔点且铺展性好,为确定综合性能最佳的该系焊料合金提供了依据。     

Sn3．5Ag0．7Cu焊料的疲劳特性及铅杂质的影响

含铅焊料应用在电子产品上已超过50年的时间。然而出于环境方面的考虑，在未来的几年含铅焊料的使用将被禁止。作为替代，必须发明不含铅的焊料。对无铅焊料总的要求类似于含铅焊料。它们要求类似的诸如焊接温度及时间工艺参数窗口和相当于含铅焊料或更好的特性。科学家们已研究了许多不同类型的无铅焊料，从中我们选取Sn3、5Ag0．7Cu作为本次研究的对象，因为它可能目前是在欧洲应用最广泛的一种无铅合金。通过下面几项工作中我们研究了Sn3．5Ag0.7Cu的疲劳特性。制成板(PCBA)温度循环(热冲击)试验：用Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊料在不同的焊接气氛下将各种不同类型的器件焊在有不同可焊性表面覆层的印制板上，做成试验制成板(PCBA)。将125℃到-15℃的温度循环(热冲击)施与试验制成板并研究板上焊点在经受不同次数的温度循环后其微观组织结构及变化。模型焊点的机械应力循环试验：室温条件下利用特别设计的环一插针模型焊点，Sn3．5Ag0．7Cu无铅焊点被施加机械应力循环并和传统的Sn-Pb焊点进行比较。包含不同铅含量的焊点也被研究以确认铅杂质对无铅焊点特性的影响。比起传统的Sn-Pb焊料，Sn3．5Ag0．7Cu有更好的疲劳特性。然而研究同时发现一个2％-5％的铅杂质含量对无铅焊点的寿命是有害的。     

微波功率器件中AuGe合金焊接界面特征

在微观尺度上,焊点的可靠性取决于焊料同焊盘之间界面反应生成的界面金属间化合物(IMC)的结构。通过金锗合金焊点的界面反应及微观结构随环境的变化表征了焊点的可靠性,研究了AuGe合金焊料与不同金层厚度的Ni/Au焊盘共晶焊接后其界面特征,同时总结了AuGe合金焊料在Cu和Ni等常见焊盘上的焊接润湿性及其焊接界面特征。切片分析结果显示,在共晶焊接后,厚金样品焊接界面冷却时焊料层析出富Au相形成不规则焊接结合层,Au层厚度减薄50%～60%;薄金样品的Au层全部消失,并在界面处形成很薄的一层富Ni的NiGe化合物。实验结果显示,厚Au层样品未出现Ni向焊接层扩散的现象和NiGe化合物的生成,厚Au层起到了阻挡层作用;薄金样品时,Ni通过互扩散缓慢与Ge形成NiGe化合物,在长期使用中焊接层会通过元素扩散等形式演变,使整个焊接层转变为含氧化层、富P层、NiGe层和AuCuGe合金层等多层结构的IMC,降低了焊点强度,严重影响焊接层可靠性。这说明IMC在焊接过程中主要以界面化学反应方式形成,服役过程中主要以元素扩散方式演变。     

微带板高钎透率大面积钎焊技术研究

研究了不同焊接工艺方法、焊膏量以及焊接材料(Sn37Pb、Sn3.5Ag)对微带板与垫板之间大面积钎焊质量的影响。X光检测结果表明,采用优化后的焊接工艺方法及焊膏量,微带板与垫板之间大面积钎焊钎透率可达95%以上;焊点微观组织分析结果表明,Sn3.5Ag焊点内部存在较大尺寸的脆性金属间化合物相,对焊点的力学性能有不利影响,建议使用Sn37Pb焊料进行微带板的焊接。     

金属与导电材料

Y98-61438-259 9912703在有 Sn/Pb、Sn/Ag、Sn 焊料的 Ni、Au/Ni 和 Pd/Ni 衬底上生长的过渡金属化合物=Intermetallic compoundgrowth on Ni,Au/Ni,and Pd/Ni substrates with Sn/Pb,Sn/Ag,and Sn solders[会,英]/Blair,H.D.&Pan,T.Y.//1998 IEEE 48th Electronic Components& Technology Conference.—259～267(AG)     

La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料界面组织和性能的影响

通过SEM和EDAX等,研究了La添加量对Sn3.5Ag0.5Cu钎料与Cu基体焊合界面IMC微观组织及性能的影响。结果表明:添加不同量的La均对Sn3.5Ag0.5Cu与Cu基体焊合后的组织有细化作用并增强其力学性能。其中以w(La)达到0.05%时最优,剪切强度可提高10.7%。材料热力学理论计算结果表明,La具有"亲Sn"倾向,添加少量La到Sn3.5Ag0.5Cu钎料中,可减小Cu6Sn5/Cu界面Sn的活度,降低IMC的长大驱动力。     

Al/Ag/Al复合薄膜电极的抗氧化性和电性能研究

为开发大尺寸场发射显示器需要的能承受高温热处理的薄膜电极,以Al作为Ag层的保护层和与玻璃衬底的粘附层,采用直流磁控溅射制备了Al/Ag/Al复合薄膜及其电极.采用XRD、AFM、光学显微镜和电性能测试系统,研究不同温度热处理对复合薄膜和电极结构、表面形貌和电性能的影响.由于表面致密的Al2O3膜的保护,使得加热退火(<600℃)不会对Al/Ag/Al薄膜和电极造成明显的氧化,然而Al层与Ag层发生的界面扩散和固相反应增大了电极的电阻率(从5.0×10~(-8) Ω·m 上升至23.6×10~(-8) Ω·m).另外热处理温度足够高时(500℃、600℃),Ag原子向表面的扩散一定程度上降低了电极的化学稳定性.尽管如此,与Cr/Cu/Cr薄膜电极相比Al/Ag/Al薄膜电极仍然是一种能够承受高温热处理并且保持较低电阻率的新型电极.