纳米颗粒对无铅钎料改性的研究进展

随着电子器件趋于微型化、多功能化,微电子封装中的焊点与间距互连要求更小,对焊点的可靠性提出了更高的要求,而在电子封装中钎料对焊点可靠性起着至关重要的作用.近年来,人们越来越注重绿色发展理念,对铅的毒性关注度日益增强,并且各国纷纷立法禁止使用含铅钎料,推动了无铅钎料的快速发展.但是,现有无铅钎料均存在成本高、润湿性差、可靠性低等问题.因此,探索并研发性能优异的无铅钎料任重而道远.目前,许多研究者选择在无铅钎料中添加纳米颗粒以增强复合钎料的综合性能,如金属颗粒、金属化合物颗粒、碳基纳米材料等.研究表明,纳米颗粒的加入可以细化钎料基体组织,抑制金属间化合物(IMC)的生长,提高钎料的力学性能.因此,研发颗粒增强型无铅钎料以改善钎料合金的整体性能成为研究的热点.本文综合分析了不同类型、不同尺寸、不同含量的纳米颗粒对无铅钎料组织性能的影响与作用机理,综述了添加纳米颗粒对钎料的显微组织、润湿性能、力学性能、蠕变性能、电迁移特性和可靠性的影响.此外,概述了亚微米颗粒对三维封装互连焊点的改性作用.最后,总结了纳米颗粒增强无铅钎料的不足之处,并对其未来发展进行展望,以期为日后研发高性能的颗粒增强型无铅钎料提供基础理论指导.     

无铅钎料的研究与开发

由于现行的Ｓｎ－Ｐｂ合金钎料中铅是有毒的，因此研究开发无铅软钎料是我国电子材料行业所面临的新课题。     

电子组装用无铅钎料的研究进展

随着电子组装技术的发展和人们对环境日益关注,研制和开发无毒高性能的无铅钎料替代传统的Sn Pb钎料成为热点。本文综述了无铅钎料使用的必然性和近年来国内外对无铅钎料研究的新进展,并介绍了今后可能的发展趋势。     

Sn-Cu系无铅钎料微合金化研究进展

电子产品绿色化的需求促进了电子组装中钎料合金的无铅化发展。目前,Sn-Cu系钎料以优良的综合性能和较低的成本成为最具使用前景的无铅钎料之一。但是Sn-Cu系钎料的熔点较高,在Cu基上的铺展性和钎焊性也较Sn-Pb钎料差,这在很大程度上限制了其应用。通过添加多种合金元素可改善Sn-Cu合金的微观组织和焊接性能。本文首先系统地综述了合金元素对Sn-Cu系无铅钎料微观组织、润湿性、力学性能等的影响,然后指出Sn-Cu系无铅钎料存在的问题。最后,对Sn-Cu系无铅钎料的发展方向和前景进行了展望。     

半导体激光钎焊无铅钎料润湿铺展性能的研究

采用半导体激光软钎焊系统对Sn-Ag-Cu无铅钎料在Cu基体上进行了润湿铺展性能实验,研究了半导体激光工艺参数对Sn-Ag-Cu无铅钎料润湿铺展性能的影响规律.结果表明:随着激光输出功率的增加,无铅钎料的铺展面积逐渐增加,润湿角逐渐减小;当激光输出功率增加到某一特定范围时,无铅钎料的润湿铺展性能达到最佳.在一定的激光输出功率范围内,随着激光钎焊时间的增加,无铅钎料在Cu基体上的润湿铺展性能逐渐优化,并在激光钎焊时间达到一定值时达到最佳.当激光输出功率过低或过高时,无论怎样改变激光钎焊时问,液态钎料在Cu基体上的润湿铺展效果均很差.     

Sn-Ag-Cu-Ce钎料润湿性能及焊点力学性能研究

基于润湿平衡原理研究了微量稀土元素Ce对Sn-Ag-Cu-Ce无铅钎料在Cu基板上润湿性能的影响规律,研究了Sn-Ag-Cu-Ce焊点的力学性能及断口形貌.结果表明,随着稀土Ce含量的增加,钎料在Cu基板上的润湿时间逐渐缩短,润湿角逐渐减小,当Ce的质量分数在0.03%～0.05%时,Sn-Ag-Cu-Ce钎料的润湿性能较好.且当Ce的含量为0.03%左右时,Sn-Ag-Cu-Ce焊点的力学性能达到最佳值,焊点断口呈现均匀的韧窝形貌,断裂方式以韧性断裂为主.     

新型纳米结构颗粒增强无铅复合钎料性能

为了解决传统复合钎料制备中强化颗粒容易粗化的问题,提高无铅复合钎料的性能,选用共晶Sn-3.5Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料作为基体,3种不同类型具有纳米结构的有机-无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS) 颗粒作为增强相而制成复合钎料。研究了复合钎料的铺展性能、钎焊接头的力学性能和抗蠕变性能。结果表明,复合钎料的润湿性能均优于基体钎料的润湿性能,复合钎料钎焊接头的剪切强度和蠕变断裂寿命均明显提高。在相同条件下,Sn-Ag-Cu基复合钎料钎焊接头的性能优于Sn-Ag基复合钎料钎焊接头。      

SnAgCu系无铅钎料技术发展

本文主要讨论了SnAgCu系无铅钎料技术及专利的发展现状,分析其特点与优势,发现该合金在一个较大成分范围熔化温度都接近共晶温度。研究发现在该合金中添加微量La、Ce混合稀土,在保持原有优良物理性能及钎焊工艺性能的同时合金的抗蠕变性能及服役可靠性,同时钎料成本低廉。另外,采用微米/亚微米颗粒,可进一步增强其抗蠕变性能及组装接头的尺寸稳定性,满足光通讯等电子设备制造的特殊要求。     

无铅钎料的研究开发现状

综述了近年来国内外无铅钎料的研究开发现状和部分无铅钎料的应用情况。重点介绍了国内外Sn-Ag和Sn-Zn系无铅钎料的研究与发展,以及合金元素对Sn-Ag和Sn-Zn系无铅钎料的微观组织、润湿性、熔点、腐蚀行为等方面的影响,并介绍了微量稀土元素对无铅钎料的组织和性能的影响。     

Sn-0.7Cu无铅钎料对铜引线材料的润湿性

采用改性熔炼工艺制备了Sn-0.7Cu改性合金,用润湿平衡法研究了温度、钎剂中卤素含量、浸渍时间对铜引线材料润湿性的影响,并与Sn-37Pb进行了对比.结果表明:升高温度可明显提高润湿性;当用R(非活性)钎剂时,Sn-0.7Cu对铜引线不润湿;随着钎剂中卤素离子的增加,其润湿性得到显著改善,钎剂中卤素含量以≥0.4wt%为宜;随浸渍时间的延长,润湿力明显降低,表明界面存在"失润现象".     

电子组装用SnAgCu系无铅钎料的研究进展

SnAgCu钎料广泛应用在电子组装领域,被认为是传统SnPb钎料的最佳替代品。但与Sn63Pb37钎料相比,SnAgCu钎料抗氧化能力差,钎料内部及焊点界面存在脆性金属间化合物块及服役期间焊点抗蠕变、疲劳性能较低。添加合金元素和纳米颗粒可以显著改善SnAgCu钎料的组织和性能,提高焊点可靠性。这对发展新型高性能无铅钎料是一个行之有效的办法。本文结合国内外SnAgCu系无铅钎料的最新研究成果,全面阐述了合金元素和纳米颗粒等因素对钎料的润湿性、抗氧化性以及焊点显微组织和可靠性的影响,指明了该钎料目前研究中存在的问题及今后的研究方向。     

低熔点Sn-Ag无铅钎料力学性能回归分析

首次运用Matlsb回归分析的方法研究不同成分的无铅钎料的力学性能,从而得到成分与相关力学性能的定量关系,为拟订科学合适无铅钎料配方提供可靠的理论指导.     

电子封装用Sn‒Ag‒Cu低银无铅钎料研究进展及发展趋势

目的 为了适应高银钎料向低银钎料转变的发展趋势,综述近年来对低银SnAgCu钎料的最新研究,展示其在电子封装材料领域中宽广的应用前景。方法 通过分析国内外有关低银钎料的研究成果,详细介绍合金化和颗粒强化等方法对低银钎料熔化特性、润湿性、显微结构、界面组织、力学性能的影响,重点总结元素掺杂的最佳添加量以及改性机理。结论 通过添加金属元素、稀土元素、纳米颗粒,采用新型搅拌技术能有效提升钎料性能,部分改性后的低银复合钎料性能达到了高银钎料性能水平。     

SnAgCu无铅钎料元素浸出行为研究

对常用的Sn-3.5%Ag-0.5%Cu无铅钎料及Sn-3.5%Ag-0.5%Cu/Cu焊接接头在H2SO4、NaOH、HNO3和NaCl溶液中进行了元素浸出试验,研究电子产品中重金属元素在不同环境中的浸出行为,从而分析电子产品的掩埋对土壤和地下水污染情况及如何合理选择填埋场所.结果表明,在不同环境中SnAgCu无铅钎料及其钎焊接头的各金属元素浸出行为有较大差别.对于SnAgCu钎料而言,对Sn的浸出量影响最大的是Cl-对Ag的浸出量影响最大的是SO2-4各溶液对Cu的浸出量影响不大;就SnAgCu/Cu焊接接头而言,对Sn和Cu的浸出量影响最大的是OH-而对Ag的浸出量影响最大的是Cl-.因此,一般掩埋Sn-3.5%Ag-0.5%Cu钎料最好的土壤应为酸性土壤,且土壤中Cl-、SO2-4不宜过高.     

添加Bi和P对Sn-0.7Cu无铅钎料合金性能的影响

研究了添加Bi和P对Sn-0.7Cu无铅钎料合金熔点、显微组织、在Cu上的润湿性、导电率、硬度以及蠕变抗力等性能的影响。实验结果显示,随Bi含量增加,Sn-0.7Cu合金的熔点、导电率略有降低,润湿性、抗蠕变性能和维氏硬度均提高;此外,在添加Bi的基础上加P元素,能进一步降低Sn-0.7Cu-Bi合金的熔点,提高合金的导电率和润湿能力,但合金硬度略有下降;Sn-0.7Cu-1Bi-0.05P钎料合金的抗蠕变性优于Sn-0.7Cu-1Bi,Sn-0.7Cu-3Bi-0.05P钎料合金的抗蠕变性则劣于Sn-0.7Cu-3Bi。金相显微组织观察表明,单独加Bi能细化Sn-0.7Cu合金中的Cu6Sn5金属间化合物相;P的加入使Sn-0.7Cu-1Bi合金中的β-Sn枝晶尺寸变小,且Cu6Sn5相呈规则网络状分布于枝晶间隙;而在Sn-0.7Cu-3Bi合金中加P则粗化了Cu6Sn5相,并使IMC呈无规则分布。     

纳米材料增强复合钎料的研究进展

综合评述了纳米材料增强复合钎料的研究与应用现状。首先介绍了纳米材料增强复合钎料的制备方法,讨论了机械混合法与原位合成法的工艺及特点,然后分别从金属颗粒、氧化物或其他化合物及碳纳米材料3个方面来介绍纳米材料对复合钎料微观组织及性能的影响。重点指出了具有优异性能的碳纳米管与石墨烯材料增强复合钎料的研究进展,并对其发展趋势进行分析和展望。     

合金化元素对Sn-Zn钎料性能的影响

Sn-Zn无铅钎料因其低廉的成本、适合的熔点和良好的机械性能而受到众多研究者的高度关注.综述了Sn-Zn基无铅钎料的研究现状与存在的关键技术问题,分析了添加Bi、Ag、Cu、Al及稀土Re对Sn-Zn钎料熔点、润湿性、力学性能、抗氧化腐蚀及接头组织的影响,指出必须同时进行钎料的合金化、新型钎荆及改进钎焊工艺的研究,才能完成Sn-Zn基无铅钎科的工业实用化.     

元素掺杂的低银SAC无铅钎料综合性能研究

低Ag(Ag含量<1%,质量分数,下同)的SAC无铅钎料存在润湿性和可靠性不足的问题.为探索解决这些问题,研究了Ag含量、Ni和Bi等合金元素对合金微观组织、润湿性和溶铜性等关键性能的影响.结果表明:Ag含量的变化带来了组织、熔化特征和力学性能的规律性改变;Bi和Ni元素的少量添加能够提高合金的可焊性(润湿性),并降低合金的铜溶解率;SAC0805BiNi钎料的铜溶解率小于SAC0307和SAC305钎料,而润湿性接近SAC305钎料;Ag含量在0 3%~1%之间的合金韧性更好.因此,适当选择Ag含量和采用合适添加元素,成本相对较低的低银无铅钎料综合性能接近SAC305无铅钎料.