RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

保温时间对钎焊Al_2O_3/碳钢界面结构及结合强度的影响

用Cu-Ti活性钎料对Al2O3陶瓷/碳钢实施钎焊,用透射电镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对界面微观结构进行表征,研究了钎焊温度1050℃、不同保温时间(10~40 min)对接头界面微观结构和剪切强度的影响。结果表明,保温30 min得到的钎焊接头具有较好的界面组织形态和较高的剪切强度。在此工艺条件下界面结合区有3层组成,即近陶瓷侧以Ti4Fe2O为主的反应层,近钢侧以Ti Fe2为主要析出相的扩散层,在反应层和扩散层之间为Cu固溶体+Ti4Fe2O相,各层组织比较致密,微孔缺陷较少,接头剪切强度达到99 MPa。     

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。     

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。     

时效对Sn-0.7Cu-0.05Ni-xSm/Cu焊点界面与抗剪强度的影响

以Sn-0.7Cu-0.05Ni-xSm/Cu焊点为对象(元素Sm含量分别为0,0.025,0.05,0.1和0.2(质量分数,%)),研究焊后与经过160 ℃,24,96和360 h时效后,焊点界面金属间化合物(IMC)与抗剪强度的变化. 结果表明,在钎料中未添加稀土元素Sm时,IMC层凹凸不平;加入微量元素Sm,IMC层变的平坦顺滑. 时效会使IMC不断长大,其界面形貌由原始的扇贝状向平直均匀的层状转变. 元素Sm含量在0.025%～0.1%范围内时,不论时效前还是时效后,IMC层较薄. 元素Sm对界面IMC的生长有抑制作用,有益于提高焊点的可靠性. 加入微量稀土元素Sm以后,焊点抗剪强度发生了变化. 不论时效前还是时效后,当元素Sm含量为0.025%时,焊点抗剪强度都是最高.     

空位对Cu/Sn无铅焊点界面元素扩散的影响

界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散,对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu₃Sn界面上空位对扩散的影响,计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能. 结果表明,相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型. 另外,计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu₃Sn晶体中铜空位的形成能;Cu₃Sn晶格中不同晶位的Cu空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近,但均小于锡的空位形成能. 此外,对Cu/Cu₃Sn界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明,Sn原子的空位扩散激活能高于Cu原子.     

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%.     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10³A/cm²的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了（Cu,Ni）₆Sn₅型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为（Cu,Ni）₆Sn₅型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/（Cu,Ni）₆Sn₅界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu₆Sn₅化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu₆Sn₅化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处（Cu,Ni）₆Sn₅的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.     

超声波振动对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿性的影响

研究超声波功率、作用时间对Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RE钎料在Cu板上的润湿过程.结果表明,超声波振动能够提高钎料合金的润湿性能.与不加超声波振动相比,在钎焊温度270℃,超声波振动功率88W、作用时间45 s的条件下,铺展面积提高了72.7％,润湿角降低了35.5％.同时,超声波振动促进了润湿过程Cu原子的扩散.     

Al_2O_3陶瓷与Q235钢钎焊界面研究

采用活性钎料Cu70Ti30对Al2O3陶瓷与Q235钢进行了连接。用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对焊接界面进行了微观表征。结果表明,1100℃是最佳的钎焊温度,该温度下钎料充分熔化填充接头间隙并与陶瓷和钢侧相互扩散,形成由三层构成的界面结合区,即液态钎料填充陶瓷微孔形成的反应层、Ti-Cu合金层以及钢侧扩散层;在界面结合区生成有AlCu4、Cu3 TiO4、TiC、TiFe2等新相;界面结合区组织致密,裂纹、微孔缺陷较少,实现了较好的冶金结合。     

Sn3.0Ag0.5Cu0.05Cr/Cu焊点界面IMC层热时效形貌及生长行为研究

研究了Sn3.0Ag0.5Cu0.05Cr焊料(SACCr)制成的Cu/Solder/Cu焊点在150℃时效0、168、500及1000 h下界面金属间化合物(IMC)层的形貌及生长行为,并与Sn3.0Ag0.5Cu(SAC)焊料的焊点进行了比较。结果表明,相对于SAC的焊点,SACCr中弥散或固溶分布的微量Cr延缓了焊点界面IMC层的生长。时效时间越长,Cr的阻抑效果越明显。150℃时效1000 h的Cu/SACCr/Cu焊点界面IMC层的平均厚度是Cu/SAC/Cu的45%,仅为5.13μm。     

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.     

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。     

工艺参数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面组织和力学性能的影响

互连焊点界面反应形成的金属间化合物(IMC)对焊点服役可靠性会产生显著影响。研究了不同工艺参数(回流温度、回流时间和回流次数)条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面金属间化合物的演变及对焊点力学性能的影响,同时对焊点断裂机制进行了分析。结果表明,随着回流温度和回流时间的增加,金属间化合物η-Cu6Sn5相的形貌由贝状向板条状转变,并可观察到η相溶入焊点内部。在265℃回流时,随着回流时间增加,贝状η相不断长大,晶粒数不断减少;界面IMC的生长符合幂指数生长规律,其生长指数为0.339。回流次数对焊点剪切强度的影响为先增后减,断裂模式从纯剪切断裂到微孔聚集型断裂再到局部脆断转变。     

Thermal reliabilities of Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.1Al2O3/Cu solder joint

The effects of trace addition of Al₂O₃ nanoparticles (NPs) on thermal reliabilities of Sn-0.5Ag-0.7Cu/Cu solder joints were investigated. Experimental results showed that trace addition of Al₂O₃ NPs could increase the isotheraml aging (IA) and thermal cyclic (TC) lifetimes of Sn-0.5Ag-0.7Cu/Cu joint from 662 to 787 h, and from 1597 to 1824 cycles, respectively. Also, trace addition of Al₂O₃ NPs could slow down the shear force reduction of solder joint during thermal services, which was attributed to the pinning effect of Al₂O₃ NPs on hindering the growth of grains and interfacial intermetallic compounds (IMCs). Theoretically, the growth coefficients of interfacial IMCs in IA process were calculated to be decreased from 1.61×10^-10 to 0.79×10^-10 cm²/h in IA process, and from 0.92×10^-10 to 0.53×10^-10 cm²/h in TC process. This indicated that trace addition of Al₂O₃ NPs can improve both IA and TC reliabilities of Sn-0.5Ag- 0.7Cu/Cu joint, and a little more obvious in IA reliability.     

剪切应力作用下的Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点蠕变性能研究

研究了Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点在蠕变温度为100℃,剪切应力分别为3.62、2.53和1.78 MPa时的蠕变行为。结果表明,3种应力状态下,焊点都呈现出初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个典型阶段,并且随着蠕变应力的降低,蠕变寿命延长、稳态阶段的应变速率降低;当蠕变应力较大时,蠕变断裂受位错的滑移、攀移机制控制,而当蠕变应力较小时,蠕变断裂受晶界滑移机制控制;断裂位置位于焊点内部中心。在试验条件下,界面IMC对焊点的蠕变性能没有显著的影响。     

蠕变对Cu/SnBi-xSm/Cu焊点界面形态及力学性能的影响

在Sn-58Bi复合焊料中添加不同含量的稀土钐,分别经过100、200和300 h蠕变处理后分析Sn-58Bi复合焊料焊后接头的润湿性、显微组织、拉伸强度以及断口形貌。结果表明,稀土钐的添加能有效地改善焊接接头的综合性能,钐含量为0.05%时,焊接接头的综合性能最佳。添加稀土钐能增大复合焊料的铺展面积,0.05%Sm时,复合焊料的铺展面积比未添加前增加了23.2%,复合焊料中断口孔洞数量最少,拉伸性能最佳,抗拉强度最高。蠕变处理后,焊接接头的晶粒变得粗大,抗拉强度变弱,综合性能下降。稀土钐的添加还有利于孔洞的减少。蠕变时间越长,对焊点界面组织和性能的破坏越大。     

添加0.10%Ce对Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料与Cu基板间界面IMC的影响

研究Sn-0.7Cu-0.5Ni-xCe(x=0,0.1)焊料与铜基板间543K钎焊以及453K恒温时效对界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:往Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料合金中添加0.10%Ce,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长;焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效10d后,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce这2种焊料中均有Cu3Sn形成,与Sn-0.7Cu-0.5Ni/Cu焊点相比,Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce/Cu界面IMC层较为平整;该界面IMC的形成与生长均受扩散控制,主要取决于Cu原子的扩散,添加稀土元素Ce能抑制Cu原子的扩散,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce焊点界面IMC层的生长速率分别为6.15×10-18和5.38×10?18m2/s。     

稀土镧对Sn3．5Ag0．5Cu钎料组织性能的影响

运用莱卡显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器设备,研究添加不同含量稀土元素La对Sn3．5Ag0．5Cu钎料及其与Cu基体焊合后微观组织及性能影响。结果表明：添加不同含量的稀土La均能使Sn3．5Ag0．5Cu钎料及其与Cu基体焊合后组织与性能得到改善,其中以La含量达到0．05％时为最优,显微硬度及剪切强度分别提高14％和10．7％;基于热力学理论计算结果表明稀土元素La具有“亲Sn”倾向,可减小钎料中锡基化合物界面锡的活度,降低IMC的长大驱动力。     

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。