85℃时效Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面化合物生长行为

以Sn-9Zn/Cu焊点为参比物,研究了Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点在85℃时效条件下界面金属间化合物(IMC)的生长行为。结果表明,相同钎焊工艺条件下,与Sn-9Zn/Cu相比,Sn-8Zn-3Bi/Cu界面反应更为充分。在85℃时效过程中,Sn-9Zn/Cu界面IMC结构稳定,Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面IMC生长速率变化不大,界面IMC层增厚速率在界面反应初期较快而在后期则显著下降。Bi的添加对合金熔点的降低促进了界面初期反应过程的充分进行。随着界面反应时间的延长,Bi对Cu-Zn(IMC)层的生长表现出明显的抑制作用,界面IMC生长动力学时间指数显著减小。     

时效对Sn-Zn无铅钎料焊点可靠性的影响

采用扫描电子显微镜及STR-1000微焊点强度仪器,研究了Sn-9Zn-0.06Nd/Cu钎焊接头在150℃时效过程中界面组织形貌和力学性能的变化.结果表明,Sn-9Zn-0.06Nd/Cu接头焊接后的界面生成了较为平坦的金属间化合物层Cu5Zn8,随着时效时间的增加,金属间化合物层不断增厚.经过时效处理,钎料中的稀土元素Nd向界面富集并在界面附近生成了Nd3Sn相,同时微焊点的拉伸力不断减小,当时效720 h后,焊点的拉伸力下降了近50%.时效后焊点断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变.     

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。     

Sn-9Zn/Cu焊点界面金属间化合物层结构研究

研究了过热度、冷却速率和时效处理对Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的形成及厚度的影响,并与同等条件下的Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu和Sn-37Pb/Cu界面作了比较。通过XRD、SEM及EPMA等检测发现,在Sn-9Zn/Cu界面上形成的金属间化合物可分为2层:近Cu侧的Cu-Zn化合物层和近焊料侧的Cu-Zn-Sn化合物层,同时在2层化合物的分界面上还检测出了大量的O。试验还发现,熔融过热度和冷却速率对焊料/Cu界面上金属间化合物的厚度有较大影响,随着熔融保温温度的升高和冷却速率的下降,厚度增加,且Sn-9Zn/Cu和Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu界面受熔融过热度和冷却速率的影响比Sn-37Pb/Cu界面大。在250℃+空冷的时效过程中,由于界面上Cu-Zn化合物层分解和Cu-Zn-Sn化合物层生长相互竞争,导致Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的厚度变化无明显规律。     

Sn-58Bi/Cu界面化合物相表面在固态时效下的快速演化

通过对Cu/Sn-58Bi/Cu互连接头在120℃时效0天、 1天、 3天和5天试验,观察界面化合物在接头表面生长与演化;发现Sn-58Bi/Cu界面化合物表面具有2种形貌:靠近钎料端的界面化合物大而紧实;靠近铜端小而松散,呈颗粒状;化合物生长速率在时效初期(0～3天)非常迅速,认为是Cu_6Sn_5控制的化合物生长过程; 3～5天的化合物生长,主要由消耗Cu_6Sn_5形成Cu_3Sn的过程控制,化合物生长变慢。     

快速凝固对Sn-8Zn-3Bi合金特性及高温时效钎料/铜焊点结构演变的影响（英文）

研究了快速凝固工艺对Sn-8Zn-3Bi合金显微组织和熔化特性的影响,分析了经150°C高温时效后钎料/铜焊点显微组织演变以评估连接的可靠性。结果表明:经快速凝固后,Sn-8Zn-3Bi合金中的Bi完全固溶于Sn基体并形成枝晶结构;与常规熔铸态合金相比,Bi在Sn基体中的过饱和固溶导致快速凝固态钎料的熔点上升至接近Sn-Zn共晶合金熔点,但同时减小了由于Bi添加对Sn-Zn合金熔化行为产生的不利影响,钎料/铜焊点界面金属间化合物(IMC)层更为致密和均匀;使用快速凝固态钎料能够显著抑制高温时效过程中钎料/铜焊点界面IMC的形成与生长并改善其界面高温稳定性。     

Bi对Sn-3Ag-0.5Cu/Cu无铅钎焊接头剪切强度的影响

研究了Sn-3Ag-0.5Cu-xBi(x=0,1,3)/Cu钎焊接头在140和195 ℃时效过程中的剪切强度变化.结果表明:随着时效时间的增加,界面金属间化合物(IMC)层的厚度逐渐增加; 140 ℃时效时,Sn-3Ag-0.5Cu接头的剪切强度随时效时间延长变化不大, Bi元素的添加提高了钎焊接头的剪切强度; 195 ℃时效时,钎焊接头剪切强度均随时效时间延长而下降,Bi元素的添加对接头剪切强度的影响不明显.剪切断口分析表明:随着界面化合物层厚度的增加,断裂机制逐渐由韧性断裂变为脆性断裂,较高剪切强度对应于钎料基体的韧性断裂,而低剪切强度对应于钎料与界面化合物层之间的脆性断裂.     

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.     

Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面的显微结构

研究了热-剪切循环条件下Sn-3．5Ag-0．5Cu钎料／Cu界面的显微结构，分析了界面金属间化合物的生长行为，并与恒温时效后的Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面进行了对比。结果表明：恒温时效至100h，Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上已形成Cu6Sn5和Cu3Sn两层金属间化合物；而热-剪切循环至720周Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上只存在Cu6Sn5金属间化合物层，无Cu3Sn层生成，在界面近域的钎料内，颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状；在热-剪切循环和恒温时效过程中，界面金属间化合物的形态初始都为扇贝状，随着时效时间的延长逐渐趋于平缓，最终以层状形式生长。     

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。     

时效时间对Sn-58Bi-xCe/Cu焊点组织及显微硬度的影响

研究了时效时间对Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织和显微硬度的影响。结果表明:随着时效时间增加,Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织逐渐粗化,界面IMC厚度不断增加;同一时效时间下,Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的晶粒尺寸和界面IMC层厚度均低于Sn-58Bi/Cu焊点。焊点的显微硬度均随时效时间增加先增大后降低,且Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的显微硬度均高于Sn-58Bi/Cu焊点。Ce颗粒的添加可有效抑制时效过程中焊点组织的粗化及界面IMC层厚度的增加,从而获得较高的显微硬度。     

热循环对Sn58Bi(纳米Ti)/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 _^oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu₆Sn₅ IMC层。在热循环300次后,在Cu₆Sn₅/Cu界面处形成了一层Cu₃Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu₆Sn₅和Cu₃Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。     

液态时效条件下Zn元素的添加对共晶Sn-58Bi焊料力学性能的影响（英文）

对液态时效条件下Sn-58Bi-x Zn(x=0,0.7)焊料样品的力学性能(包括拉伸强度和蠕变性能)以及相关的界面反应进行研究。结果表明,在Sn-58Bi-0.7Zn焊料样品中,Bi的粗化现象和Cu-Sn界面金属间化合物的生长都得到了有效抑制。通过掺杂0.7%Zn,回流焊接后焊条样品的极限拉伸强度比共晶Sn-58Bi的极限拉伸强度提高了6.05%,液态时效后的极限拉伸强度则提升了5.50%。对于焊点样品,掺杂0.7%Zn后的极限拉伸强度相比Cu/Sn-58Bi/Cu在回流焊接后提升21.51%,而在液态时效后则提升29.27%。焊点强度的增加是由于Zn的掺杂导致Bi晶粒细化,使得断裂面从Cu和界面金属间化合物界面处转移到了界面金属间化合物和焊料界面处。纳米压痕的结果显示,通过向共晶Sn-58Bi焊料中掺杂0.7%Zn,焊料的抗蠕变性在回流焊接和液态时效后都有较大幅度的提升。     

Bi对SnXCuNi焊料性能和焊点界面层组织的影响

为了获得低成本和性能良好的无铅焊料,本文在Sn-4.1X-1.5Cu-Ni焊料中添加质量分数为0.6％的Bi元素,对其微观组织及物相成分、熔点、润湿性和剪切强度进行了分析研究,并对焊点等温时效后其界面组织进行了SEM和EDS分析.结果表明,Sn-4.1 X- 1.5Cu-Ni-0.6Bi焊料中主要由β-Sn、Cu6Sn5、XSn和SnBi组成,Bi的加入能有效地降低焊料的熔点和提高焊料的润湿性,焊点也保持较高的剪切强度.随着等温时效时间的延长,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni/Cu和Sn-4.1X- 1.5Cu-Ni-0.6Bi/Cu界面金属间化合物(IMC)层厚度也增加,其界面IMC的增厚主要由扩散机制控制,界面IMC主要成份为Cu6Sn5、Cu3Sn和(Cu,Ni)6Sn5.Bi能抑制等温时效过程中界面IMC的形成和生长,从而提高了焊点的可靠性,其中Sn-4.1 X- 1.5 Cu-Ni/Cu的IMC生长速率为2.95×10-17m2/s,Sn-4.1X-1.5Cu-Ni-0.6Bi/Cu的IMC生长速率为2.78× 10-17m2/s.     

紫铜感应钎焊接头组织及性能

以紫铜板材为对象,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料对紫铜进行感应钎焊实验,保温不同的时间,采用光学显微镜、显微硬度计、接合强度测试仪等方法对钎焊接头进行组织分析和性能测试。结果表明,利用Sn-58Bi和Sn-0.7Cu钎料和感应钎焊技术可以实现紫铜的连接。Sn-58Bi感应钎焊接头界面处均形成了一层薄而连续的金属间化合物Cu6Sn5。随着保温时间的增加,焊缝中富Bi相逐渐减少。Sn-0.7Cu钎料接头的显微硬度在保温时间为10 s时最大。随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度逐渐增加,接头强度随之降低。     

热循环对Sn-58Bi-xCNTs/Cu钎焊接头微观组织与力学性能的影响

研究了热循环对Cu/Sn-58Bi/Cu和Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头的微观组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)形貌、厚度变化及焊点抗拉强度和拉伸断口形貌的影响规律。结果表明,随着热循环周次的增加,钎料微观组织均出现了粗化现象,且在同一热循环条件下,Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头组织较为细小;焊点界面IMC层厚度均随热循环周次的增加而出现不断增厚的趋势,且石墨化多壁碳纳米管(CNTs)颗粒增强Sn-58Bi复合钎料焊点界面IMC层长大的趋势较为缓慢;热循环周次增加,接头的抗拉强度均呈现下降趋势;热循环处理后的Cu/Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点拉伸断口形貌主要由韧窝和少量解理面组成,Cu/Sn-58Bi/Cu焊点的断裂机制从韧性断裂转变为韧-脆混合断裂模式,Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点的断裂机制均为韧性断裂。     

Effects of Ti on the Brazability of Zn-22Al-xTi Filler Metals as Well as Properties of Cu/Al Brazing Joints

设计并采用Zn-Al-Ti系列钎料对Cu和Al异种金属实施了钎焊,并对Zn-22Al-xTi/Cu界面处的相组成和金属间化合物形貌进行了分析。结果表明：在Zn-22Al中添加0.01%至0.05%的Ti可以显著细化钎料组织,而且Zn-22Al-0.03Ti在Cu基板上的铺展面积比Zn-22Al高出60.4%,但Ti的添加会提高Zn-22Al钎料的熔点和熔化区间。另外,在钎料中添加微量的Ti可以优化Cu/Al接头中Cu侧界面化合物的组织并减小其厚度。相比Zn-22Al钎料,Zn-22Al-0.03Ti钎焊所得Cu/Al接头强度要高出13.4%,而且接头断裂位置由化合物层转移至钎料内部。X射线衍射结果显示,钎焊过程中有CuAl2,Cu9Al4,CuZn 3种化合物产生于钎料与Cu基板界面处     

镀铜/镍烧结钕铁硼永磁体与DP1180钢钎焊接头的组织与性能

采用Zn-6Sn-5Bi钎料对镀Cu/Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢进行钎焊连接,对比分析了2种镀层条件下钎焊接头的微观组织和力学性能。结果表明,对于镀Cu的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Cu在钎料中扩散并与Zn、Fe反应生成脆性金属间化合物,导致钎缝中出现裂纹和孔洞。与无镀层时的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头相比,接头的剪切强度由61.9 MPa降低至52.3 MPa;对于镀Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Ni集中分布在NdFeB一侧的界面处,并且由于Sn和Bi的扩散形成了不同的扩散层,其剪切强度提高至78.1 MPa。     

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.     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的影响

无铅钎料和基板间金属间化合物(1MC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi无铅钎料与Ni盘进行焊接,并对焊点进行了180℃时效试验,时效时间分别为O、24、96、216和384h.采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察分析了钎料与Ni界面IMC的生长及形貌变化,并对其焊点IMC层Ni的分布进行了分析,同时对其界面生长速率进行了拟合.结果表明:Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料与Ni焊盘之间的IMC是棒状的(CuxNi1-x)6Sn5,Bi的加入并没有起到很好的抑制作用,而是随着Bi含量的增加IMC先增加后减少.Sn-O.3Ag-0.7Cu/Ni焊点IMC中Ni的平均含量(wN)分为15%、5%两区域.由近Ni向钎料基体方向呈下降趋势.但是Sn-O.3Ag-0.7Cu-3.0Bi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量在7%左右.时效后IMC层的厚度会随着老化时间的延长而增加,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点由于Bi的析出IMC增长得缓慢;Sn-0.3Ag-0.7Cu/Ni焊点(CuxNi1-x)6Sn5中15%Ni的含量区域逐渐过渡到5%区域,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量维持9%较时效前有所增加.通过生长速率计算,Sn-O.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的生长速率随着Bi含量的增加而减少.