微量Ni,Ge元素改善Sn-0.7Cu无铅合金焊料性能的机理研究

本文简单概述了Sn-Cu系无铅钎料的国内外研究现状。在无铅焊料互连结构中,反应界面化合物层（IMC）的形貌及厚度是决定焊点可靠性的一个重要因素。本文通过研究Sn-0.7Cu共晶焊料中添加Ni微量元素对Sn-0.7Cu与Cu界面反应的影响。结果表明:对于Sn-0.7Cu/Cu界面,液态反应初始生成相为Cu₆Sn₅,在随后的5次回流焊之后形成新的Cu₃Sn相,IMC厚度快速增长从而严重影响焊接的可靠性;添加Ni元素的Sn-0.7Cu/Cu界面初生相为（Cu,Ni）₆Sn₅,但在回流焊和热老化试验之后,Ni的添加延缓了IMC的增长,IMC的生长受到抑制,且界面无其它相生成。再者,初步探讨了Ge元素的添加对该体系焊料抗氧化性能的影响。     

纳米银线对焊料金属间化合物形貌及厚度的影响

通过添加不同长径比纳米银线制备SAC3005-xAgNWs复合焊膏，印刷到铜基板上的焊膏回流后多余的助焊剂挥发得到复合焊点。使用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)观察焊点金属间化合物(IMCs)的形貌以及厚度，分析纳米银线对焊料可靠性的影响。实验结果表明：在150℃条件下时效处理，IMCs由不规则的棱柱型变为扇贝型，最后趋于平面型；添加纳米银线可以抑制IMCs生长，提高复合焊料可靠性；添加质量分数0.18%,直径分别为30,50,90 nm的纳米银线对IMCs生长均有明显的抑制作用。     

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...     

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。     

微量Ce对SnAgCu焊料与铜基界面IMC的影响

配制了w(Ce)为0.1%和不加Ce的两种Sn-3.5Ag-0.7Cu焊料。在443K恒温时效,研究Ce对焊料与铜基板界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果发现,焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效5d后,两种焊料界面均发现有Cu3Sn形成。随着时效时间的增加,界面化合物的厚度也不断增加。焊料中添加w为0.1%的Ce后,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长,生长速率降低近1/2。并且,界面IMC的形成与生长均由扩散机制控制。     

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。     

航天电子微焊点液-固界面反应过程中的尺寸效应与工艺优化

针对微型化趋势下焊球的尺寸效应问题,研究了航天电子微焊点互连工艺过程中液-固界面反应与微观组织的影响规律,并对互连工艺进行了优化.具体研究了不同直径(200、400μm)的Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-37Pb焊球分别在球栅阵列(BGA)器件侧金属化层(电镀Ni/Au)上进行单侧植球回流焊后的尺寸效应现象.研究结果表明:Sn-37Pb焊点界面处生成针状或短棒状的Ni₃Sn₄类型的金属间化合物(IMC)晶粒;Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点界面处生成不规则的块状(Cu,Ni)₆Sn₅晶粒.两种类型的焊点在液-固界面反应过程中均表现出明显的尺寸效应现象,即焊球尺寸越小,界面生成的IMC晶粒直径越大,IMC层越厚.基于建立的浓度梯度控制(CGC)界面反应理论模型,揭示了界面反应尺寸效应产生的原因与界面反应进程中界面溶质原子的浓度梯度相关,较小尺寸焊点界面处的溶质原子浓度梯度较小,溶质原子扩散通量较低,形成的界面IMC晶粒较大.基于CGC界面反应理论模型,对200μm直径Sn-3.0Ag-0.5Cu焊...     

热老化条件下SAC305焊点的界面反应

研究对比了BGA/SAC305/Cu双界面焊点和SAC305/Cu单界面焊点在150℃条件下经过不同时间的等温时效后界面化合物的形态,并对BGA/SAC305/Cu和SAC305/Cu焊点内部组织进行了观察。试验结果表明：随着时效时间的增加,焊点界面化合物的厚度逐渐增加,表面趋于平坦,且SAC305/Cu单界面焊点出现...     

添加镍的Sn-Cu系无铅焊料(1)

概述了添加Ni的Sn-Cu系无铅焊料和Sn-Cu无铅焊料与基板的接合界面上形成的Cu6Sn5金属间化合物中龟裂的抑制。     

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。     

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。     

引线框架材料对铜合金与锡铅焊料界面组织的影响

采用老化试验、金相分析、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDX)等手段对引线框架铜合金与SnPb共晶焊料界面组织进行了分析研究。结果表明,引线框架材料对铜合金与SnPb共晶焊料界面组织有很大的影响,焊点在160℃高温老化300 h后,CuCrZr系合金和CuNiSi合金与SnPb的界面金属间化合物为Cu6Sn5,其厚度在5~10 mm; 而C194合金与SnPb的界面金属间化合物为分布有Pb颗粒的Cu6Sn5,厚度已高达60~70 mm,同时还发现有微小空洞存在,影响焊点的可靠性。与C194合金相比,CuCrZr系合金和CuNiSi合金具有更好的焊接可靠性。     

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.     

Cu9S5/TiO2纳米管的制备及其光催化降解性能研究

采用牺牲模板法和水热法结合的合成路径,将Cu₉S₅层负载于TiO₂纳米管上,制备了性能优良的TiO₂纳米管状异质结光催化剂。Cu₉S₅和TiO₂两者之间异质结的形成使得体系的带隙缩小至2.77 eV,相对于纯TiO₂显著拓宽了光吸收范围。基于密度泛函理论利用VASP软件计算的差分电荷密度图以及瞬时光电流响应测试表明Cu₉S₅/TiO₂纳米管状异质结光催化剂具有优良的光生载流子分离能力。本工作所合成的Cu₉S₅/TiO₂纳米管状异质结光催化剂可在120 min内去除98%的罗丹明B(RhB,10 mg·L^-1)以及99%的盐酸四环素(TCH,30 mg·L^-1)。循环光催化降解测试表明Cu₉S₅/T...     

Sn0.7Cu-xEr/Cu焊点界面反应及其化合物层生长行为研究

通过回流焊工艺制备了Sn0.7Cu-x Er/Cu(x=0,0.1,0.5)钎焊接头,研究钎焊温度及等温时效时间对接头的界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:Sn0.7Cu钎料中微量稀土Er元素的添加,能有效抑制钎焊及时效过程中界面IMC的形成与生长。在等温时效处理过程中,随着时效时间的延长,界面反应IMC层不断增厚,在相同时效处理条件下,Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的厚度略小于Sn0.7Cu0.1Er/Cu焊点界面的厚度。通过线性拟合方法,得到Sn0.7Cu0.1Er/Cu和Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的生长速率常数分别为3.03×10–17 m2/s和2.67×10–17 m2/s。     

Sn-Ag-Cu焊点IMC生长规律及可靠性研究

Sn-Ag-Cu焊料目前是最有希望替代Pb-Sn合金的焊料.在回流焊过程和电子产品服役过程中,Sn-Ag-Cu焊料与基体金属间形成的金属间化合物(IMC)及其演变是影响焊点可靠性的主要因素之一.本文针对Sn-Ag-Cu焊料与Cu和Au/Ni/Cu界面形成的IMC,分析其回流和时效过程中IMC的变化规律.     

SMT制程工艺对Sn-37Pb/Cu焊接界面影响

采用扫描电镜(SEM)研究了表面贴装技术制程工艺,包括锡膏黏度、锡膏模板厚度、传送带速度、恒温区保温时间、印刷电路板烘烤处理等对Sn-37Pb/Cu焊接界面层的影响.结果显示,SMT制程工艺并不影响焊接界面金属间化合物层的组成,IMCs主要成分为Cu6Sn5相,但影响了IMCs层的形态与厚度,其中传送带速度影响了Cu6Sn5相的平均直径,而恒温区保温时间则对IMCs层的形态与厚度影响最大.