Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料/Cu钎焊接头界面反应

研究了长时间再流焊条件下,在粉状Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒增强质点(复合钎料)对Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面反应的影响.结果表明,在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒,可有效降低Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面金属间化合物(IMC)的生长速度,从而减小界面IMC层的厚度,减少IMC层内的柯肯达尔(Kirkendall)缺陷;IMC层的厚度随再流焊时间的增加而增加,随Cu颗粒加入量的增加而减小.在现试验条件下,IMC层由Cu-Zn金属间化合物组成,未检测到Cu-Sn金属间化合物的存在.     

高温时效过程中SnAgCu钎焊接头显微组织的演化规律

研究了215℃时效过程中Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊点内部及与Cu基板界面处显微组织的演化规律.结果表明:试样在时效过程中的放置方式对显微组织的变化会产生重要影响.当钎料焊点处于Cu基板的上方时,215℃时效后显微组织的变化与以往170℃时效后显微组织的变化相似,即界面处金属间化合物层的厚度会随着时效时间的延长而逐渐增加.然而,当钎料焊点处于Cu基板的下方时,215℃时效后钎料焊点内部及界面处的显微组织发生了显著的变化,伴随着Cu基板的溶解在钎料焊点表面形成了大量的体积较大的金属间化合物Cu6Sn5.     

基于原位观察Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu钎焊接头110℃时效过程中的显微结构

基于自制原位观察装置,研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在110℃恒温时效下,0~168 h不同时效时间界面金属间化合物(IMC)的微观形貌和生长变化规律.结果表明,随着时效时间的延长,界面IMC(Cu₆Sn₅和Cu₃Sn)的厚度在不断增加;同时IMC的生长具有三维特性;随着时效时间的延长,Cu₆Sn₅在纵向方向上变化比较明显,高度是逐渐降低的;而在横向方向上变化较慢.SEM研究发现,时效过程中界面IMC的形貌由扇贝状转变成较为平整的层状,并出现分层现象.     

Sn-9Zn钎料与内加Cu质点和Cu基体界面生长行为

在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu金属质点,研究在长时间钎焊条件下钎料/Cu质点、钎料/Cu基体界面金属间化合物（IMCs）的生长行为。结果表明：在钎料/Cu质点和钎料/Cu基体界面处都生成Cu-Zn相（IMCs）,其组成为Cu5Zn8＋CuZn或Cu5Zn8,而且钎料/质点界面处IMCs的生长速度明显快于钎料/基体处;同时发现,Cu质点的加入大大减小了钎料/Cu基体界面IMCs的厚度。由于Cu质点原位生成Cu-Zn IMCs,消耗了焊点中的Zn,因此Sn-9Zn/Cu接头的可靠性得以提高。     

Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点液固界面金属间化合物的生长动力学

采用扫描电镜和光学显微镜观察研究了230~260℃焊接温度范围内Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构及生长动力学.结果表明,在该焊点界面形成的化合物可分为两层:靠铜侧的是厚且平直的γ-Cu₅Zn₈化合物层;靠焊料侧的则为另一薄且呈扇贝、粒状的CuZn化合物层.提高钎焊温度及延长反应时间基本不改变Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构和成分,但会使形成的界面金属间化合物层厚度增加.γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层的厚度与反应时间的平方根呈线性关系,表明其生长由扩散机制控制.根据阿伦尼乌斯公式,Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层反应活化能为22.09 kJ/mol.     

无铅钎料/Cu焊盘接头的界面反应

研究了无铅钎料Sn-3.8Ag-0.5Cu与Cu焊盘接头Cu-Sn界面金属间化合物的形成与长大机理。采用CALPHAD方法利用ThermoCalc软件进行了Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu合金体系亚稳相图计算,比较了界面处局部平衡时各相形成驱动力大小,预测了体系界面反应过程中的金属间化合物形成类型和反应通道;预测结果表明,界面金属间化合物有Cu₆Sn₅、Cu₃Sn,第一析出相为Cu₆Sn₅;通过SEM和EDX分析,验证了预测的准确性。根据金属学固液界面的扩散与溶解规律,分析了界面金属间化合物的形成和长大特点。     

1.0%Zn,Ni对Sn-3.5Ag/Cu界面反应及化合物生长的影响

在微电子互连结构中,反应界面化合物层的形貌及厚度是决定焊点可靠性的一个重要因素.通过向Sn-3.5Ag共晶钎料中添加第三元素,分别研究元素Zn和Nj对Sn-3.5Ag/Cu界面反应的影响.结果表明,对于Sn-3.5Ag/Cu界面,液态反应初始生成物为Cu6Sn5,在随后的热老化阶段形成Cu3Sn化合物层;Zn元素不影响界面的初始生成相及其厚度,但在150℃老化阶段,Cu3Sn化合物的形成受到抑制,取代的是非连续的Cu5Zn化合物层,并且,化合物层增厚速度减慢;然而,当添加1.0%(质量分数)的Ni元素后,界面初始生成相为(Cu,Ni)6Sn5,该化合物层厚度明显大于前者,老化阶段界面无其它相生成.     

Sn-6.5Zn/Cu焊点时效过程中的界面特征与结构演变

研究150°C等温时效对Sn-6.5Zn/Cu焊点微观结构特征与显微硬度的影响,分析界面金属间化合物的形成与演变机制。结果表明：Sn-6.5Zn/Cu焊点界面化合物层由CuZn和Cu5Zn8组成;随着等温时效时间的延长,化合物层的厚度表现为先增大、后减小的趋势;长时间的高温时效会导致Cu-Zn金属间化合物的分解,并破坏界面连续致密的化合物层。在局部破坏的界面区Cu基体处形成不连续的Cu6Sn5化合物层;时效后界面粗化并形成明显的孔洞。时效导致界面显微硬度不同程度的增大。     

SnCu钎料镀层与Cu/Ni镀层钎焊接头的界面反应

观察了不同焊接工艺条件下钎焊接头界面的微观结构，并对钎焊过程中的界面反应进行分析。探讨了钎缝界面处IMC的生长机制，通过对不同钎焊温度和保温时间下的IMC生长规律的分析建立铜锡化合物厚度与温度和时间的关系方程。结果表明：钎焊过程中SnCu钎料合金镀层与可焊性Cu层的界面处生成金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn；化合物的生长厚度与焊接时间之间满足抛物线关系，表明化合物的生长为扩散反应控制过程，并随焊接时间的延长化合物的生长速率逐渐下降。     

时效对SnAgCu/SnAgCu-TiO2焊点界面与性能影响

研究了SnAgCu与SnAgCu-TiO2两种无铅钎料与铜基板之间的界面反应,研究其在140℃时效过程中的生长行为及力学性能变化.结果表明,焊后两种钎料对应界面层为Cu6Sn5相,经过140℃时效,界面层厚度随着时效时间的增加而增加.发现金属间化合物层厚度和时效时间的平方根成正比例关系.当时效时间为300 h时,界面层出现Cu3Sn相,发现纳米TiO2颗粒对界面金属间化合物层厚度有明显的抑制作用.同时对焊点力学性能分析,在时效过程中焊点平均拉伸力明显下降,SnAgCu-TiO2焊点的力学性能明显优于SnAgCu焊点.     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能

在超声振动外能辅助下进行了Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊,借助扫描电镜和X衍射等理化检测手段研究了超声振动外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头特性。在超声振动时间为60 s时钎焊点剪切强度达最大值26.0 MPa,较无外能辅助下提高35%;与无外能辅助下钎焊点相比,超声振动外能辅助下钎焊界面Cu6Sn5IMC层厚度、表面粗糙度降低,焊点断裂方式由脆性断裂转变为以韧性断裂为主的混合型断裂。实验结果表明,在超声振动功率88 W的外能辅助下可实现低卤助焊剂下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu的良好钎焊。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu-XCo钎焊接头金属间化合物层电迁移现象的研究

研究了以Co颗粒为增强相的Sn3.0Ag0.5Cu钎料合金接头的电迁移特性。结果表明,50℃、104A/cm2条件下直至16d,Sn3.0Ag0.5Cu-0.2Co钎料接头无明显电迁移现象产生。将温度提高至150℃后,接头正、负极处金属间化合物(IMC)层的厚度产生明显差异,即电子风力引发的‘极化效应’。Sn3.0Ag0.5Cu钎料接头在通电1d和3d后,正、负极处IMC层的结构发生了相反的变化。而Sn3.0Ag0.5Cu-0.05Co接头在通电3d后,负极处产生明显裂纹。此外,Co的引入有效地缓解了IMC层的生长趋势,提高了接头显微组织的稳定性。     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

La对Sn-Ag-Cu无铅钎料与铜钎焊接头金属间化合物的影响

研究微量稀土La在钎焊和时效过程中对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料与铜基板的钎焊界面及钎料内部金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响.结果表明:钎焊后钎焊界面形成连续的扇形Cu6Sn5化合物层,其厚度随La含量的增加而减小;在150℃时效100h后,连续的Cu3Sn化合物层在Cu6Sn5化合物层和铜基板之间析出,且Cu6Sn5层里嵌有Ag3Sn颗粒;界面金属间化合物总厚度随时效时间的延长而增厚,且在相同时效条件下随La含量的增加而减小;时效过程中金属间化合物生长动力学的时间系数(n)随着La含量的增加逐渐增大;钎焊后钎料内部Ag仍以共晶形式存在,时效后Ag3Sn颗粒沿钎料内部的共晶组织网络析出.     

In对Sn-8Zn-3Bi无铅钎料润湿性的影响

首先采用铺展法测试了Sn-8Zn-3Bi-(0～5)In钎料合金的铺展性.结果表明,少量In的加入提高了钎料的润湿性.当In含量达到0.5%时(质量分数,下同),钎料在铜基底上的铺展面积最大.采用气泡最大压力法对Sn-8Zn-3Bi-(0～1.5)In钎料熔体进行了表面张力测试.加入0.5%的In大大降低了Sn-8Zn-3Bi钎料熔体的表面张力,但进一步增加In的含量导致熔体表面张力增大.最后采用润湿平衡法对上述钎料进行了润湿力测试.结果表明0.5%In的加入使合金的润湿力达到最大,其原因是钎料/铜界面的界面张力减小.     

Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面特征与金属间化合物的形成机理

对255℃时Sn-6.5Zn钎料/Cu基板界面反应及金属间化合物的形成与转化进行热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD研究分析255℃不同钎焊时间条件下钎料/Cu基板界面组织与IMC层形态特征。结果表明:Sn-6.5Zn钎料/Cu焊点界面紧靠Cu基板侧形成CuZn层;CuZn IMC有与钎料中的Zn原子继续反应生成Cu5Zn8 IMC的趋势;在相同钎焊温度条件下,不同钎焊时间对界面厚度影响不大;随钎焊时间延长,Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面IMC层的平均厚度增大,界面粗糙度则由于不同钎焊时间IMC在液态钎料中生长与溶解的差异,呈现先增大而后降低到一个均衡值的变化趋势。     

Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能

采用润湿平衡法测试了不同温度下Sn-9Zn-xAl无铅钎料在空气和氮气两种气氛下的润湿性能,研究探索了合金元素Al的添加量、气氛和温度对Sn-9Zn-xAl无铅钎料润湿性能的影响规律.结果表明,添加Al元素以后,Sn-Zn-xAl无铅钎料的润湿性得到明显改善,在使用ZnCl2-NH4Cl助焊剂时,Al的最佳添加量为0.02%(质量分数),在使用免清洗助焊剂时,Al的最佳添加量为0.005%(质量分数);采用氮气保护时,Cu基板表面张力提高,钎料的氧化减少、表面张力降低,明显改善了钎料在Cu基板上的润湿性能;在215～245℃时,温度升高使钎料的表面张力减小,提高了钎料的润湿性能.     

Sb 元素对 Sn-0.7Cu 钎料熔点及钎焊界面的影响

应用扫描电镜和差示扫描量热仪研究Sb元素(0.25%,0.5%,0.75%,1.0%)对Sn-0.7Cu钎料熔点及钎焊界面的影响.结果表明,Sb元素的加入使钎料的熔点升高,从226.38℃增加到227.09℃,但含量小于0.75%时熔点的变化不大,当Sb元素的含量达到1.0%时变化较大.当Sb元素的含量达到0.5%时,界面化合物的形貌发生了很大变化,扇贝状金属间化合物层变得均匀平滑,避免了大柱状的Cu6Sn5相的生成,厚度也变小,明显地抑制了金属间化合物的生长,细化了晶粒.当Sb元素的含量大于0.5%时,界面又出现大柱状的Cu6Sn5相,且界面化合物层的厚度增大.Sb元素的加入并未改变界面处金属间化合物的种类.     

微量锌对Sn-3.5Ag无铅钎料/铜界面金属间化合物生长的抑制

在钎焊和时效条件下,研究了Sn-3.5Ag无铅钎料中添加0.2%的Zn元素后对钎料/铜界面组织形貌的影响.结果表明,钎焊条件下,将0.2%的Zn元素加入到Sn-3.5Ag钎料中对Cu-Sn间的金属间化合物及其扇贝形形状不产生影响.时效处理后,0.2%Zn元素的加入对界面IMC层的厚度、组成及形态都有影响.在Sn-3.5...     

Cu对Sn-9Zn无铅钎料电化学腐蚀性能的影响

对Sn-9Zn-xCu钎料在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行研究,以揭示添加Cu对Sn-9Zn钎料耐蚀性的影响。结果表明:添加Cu元素使Sn-Zn钎料的腐蚀电位有所增加,即添加Cu元素可以改善Sn-Zn钎料的耐腐蚀性能;XRD检测发现Sn-9Zn-xCu钎料的腐蚀产物中存在Zn5(OH)8Cl2.H2O;随着Cu含量的增加,Zn5(OH)8Cl2.H2O的量逐渐减少,出现Cu的腐蚀产物,腐蚀表面趋于均匀平整,选择性腐蚀减弱,腐蚀产物的黏附性较好。