时效处理对CuCrSnZn/SnAgCu钎料接头界面及剪切性能影响

为了探讨引线框架铜合金与无铅钎料钎焊接头界面性能,采用扫描电镜及万能材料实验机,分析了引线框架用CuCrSnZn合金与SnAgCu系无铅钎料钎焊接头,在160℃时效不同时间的过程中界面形貌及接头剪切性能的演变过程.结果表明,时效前,钎焊接头界面处形成了一层长针状的Cu6Sn5;不同时间时效处理后,接头界面IMC层厚度有不同程度的增加,Cu6Sn5变长变粗,逐渐离开界面进入钎料内部,靠近铜合金片材基体的一侧会出现极薄的一层Cu3Sn层.无铅钎料钎焊接头时效25h剪切强度可到27.3 MPa,其后逐渐降低.未时效、时效25 h和50 h断裂发生在钎料基体内部,时效至300 h,断裂位置向界面金属间化合物处转移,剪切断口断裂形式逐渐由韧性断裂向脆性断裂转变.     

电子封装中的无铅Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu界面研究

针对钎料与焊盘间形成IMC层的厚度是影响可靠性的一个关键因素．对无铅钎料Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu盘进行了重熔,采用Olympus（光学金相显微镜）,SEM（扫描电镜）和EDX（能谱X射线）界面分析手段,研究了合金Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu焊盘接头的钎焊性和在焊接过程中IMC的形成与长大机理,探讨了IMC厚度与保温时间的变化规律．研究结果表明,无铅钎料合金Sn-3．8Ag-0．5Cu在钎焊务件下与Cu焊盘能够实现良好的连接,其连接层为Cu6Sn5金属间化合物,重熔时的IMC层生长基本上符合抛物线规律．     

尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

不同Cu/Sn比与IMC-Cu复合微焊点形成速度的相关性

为了研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC-Cu界面生长行为的影响,采用瞬态液相连接技术与热压焊相结合的方法,以泡沫铜、纯Sn和Cu基板为原料,制备IMC-Cu复合微焊点研究不同Cu/Sn比对复合微焊点IMC生长行为影响.结果表明:Cu/Sn比对复合焊点中IMC生长行为影响显著.随着焊点中Sn含量的减少,IMC的生长速度增加.降低复合微焊点中Sn含量有利于反应界面处Cu3 Sn的生长;获得全Cu3 Sn-Cu复合微焊点的时间随焊点中Sn含量降低而减少.在相同焊接条件下,Sn质量分数为20％的微焊点在焊接25 min时率先生成全Cu3 Sn接头,较Sn质量分数为40％时焊接时间缩短了20％.当ω(Sn)在20％ ～40％范围内,随焊点中Sn含量减少,Cu3 Sn的生长速度增加,获得全Cu3 Sn-Cu复合微焊点的时间缩短.     

SAC/Cu及SAC-Bi-Ni/Cu回流焊界面金属间化合物演变

为了研究微焊点界面金属间化合物的演变行为,以Sn-Ag-Cu(SAC)及Sn-Ag-Cu-BiNi(SAC-Bi Ni)微焊点为研究对象,研究界面金属间化合物在不同工艺参数回流焊过程中的演变行为.借助SEM及深腐蚀技术,系统分析了回流时间、回流温度及冷却速率对界面金属间化合物形貌及晶粒尺寸的影响.实验结果表明:回流温度对界面金属间化合物形貌及演变行为存在显著影响.在较高的回流温度下,界面金属间化合物呈楞面状.在钎料处于液态状态下,界面金属间化合物生长迅速.回流冷却速率对焊点体钎料微观组织影响显著但对界面金属间化合物影响较小.     

金属间化合物对Sn-Ag-Cu无铅钎料钎焊接头性能的影响

采用扫描电镜、能谱分析、透射电镜、X射线衍射和电子衍射等分析手段,研究了Cu含量对Sn-Ag-Cu/Cu钎焊接头界面处生成的金属间化合物Cu6Sn5的生长形态对接头剪切强度的影响。结果表明:在Sn-Ag-Cu钎焊接头的界面处有扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物的生成,调整Cu含量,可改变Cu6Sn5的形状和避免大柱状的Cu6Sn5生成,提高接头剪切强度,钎焊接头的断裂主要是韧性断裂。时效试验结果表明:当时效温度为室温、时间为1000 h时,Cu含量高的Sn-Ag-Cu钎料所生成Cu6Sn5的形态变化为长的空心截面六边形柱体,由于Cu6Sn5所形成的空心孔洞导致Sn-Ag-Cu/Cu界面成为强度弱区,从而使接头的剪切强度有所下降。     

Sn-Zn-Bi无铅钎料成分设计

利用二次回归正交组合设计建立了Sn Zn Bi无铅钎料成分与润湿性能、力学性能及抗腐蚀性能的回归方程,分析了成分质量分数对钎料润湿性能、接头剪切强度及钎缝抗腐蚀能力的影响规律。结果表明:增加Zn的质量分数有助于提高接头剪切强度,但同时也使钎料润湿性和钎缝抗腐蚀性能下降;添加适量质量分数的Bi能明显改善钎料的润湿性、接头剪切强度和钎缝抗腐蚀性;Zn、Bi交互作用对钎料和接头性能有一定的影响。在综合考虑成分变化对钎料熔点、熔化温度区间等影响后,优化设计出用于电子工业的w(Zn)=8%～9%、w(Bi)=3%～4%的Sn Zn Bi无铅钎料。     

纳米TiO_2对SnAgCu无铅钎料组织和性能的影响

为提高钎料的抗热疲劳性,制备了添加纳米TiO_2的复合SnAgCu无铅钎料,对其组织、熔点、显微硬度和钎料接头力学性能进行了研究.结果表明,纳米TiO_2颗粒的添加明显细化了钎焊组织,改善了钎焊接头的力学性能和热稳定性能.其中添加0.5%纳米TiO_2颗粒的复合钎料具有最优的综合性能,与SnAgCu无铅钎料相比,熔点降低1.7℃,接头界面的金属间化合物(IMC)层厚度约为4.9 m,相比于SAC钎料(9 m)显著减小,抗拉强度和抗剪强度分别为69.3 MPa和72.6 MPa,分别提高了26.7%和21.2%.     

一种新型无铅焊膏抗冷热循环性能

对一种新型低银Sn-Ag-Cu-Bi-Ni(SACBN07)焊膏与市场上的SAC305焊膏进行抗冷热循环性能对比分析。比较冷热循环前后的微焊点的剪切强度和纳米压痕硬度、分析微量元素对界面组织以及力学性能的影响。结果表明:由于SACBN07中Bi元素的固溶强化和弥散强化的作用,冷热循环前SACBN07剪切强度和纳米压痕硬度值高于SAC305,SACBN07的剪切强度和体钎料的纳米压痕硬度受冷热循环影响较小,经过600h冷热循环后SACBN07焊点硬度降低了17. 4%,剪切强度降低了15. 3%,而SAC305焊点硬度降低了31. 3%,剪切强度降低了23%。SACBN07中Ni元素的加入减缓了界面化合物的生长速度,经过600 h冷热循环后SACBN07焊点界面IMC层厚度小于SAC305焊点。SACBN07的抗冷热循环性能优于SAC305。     

石墨与黄铜异质钎焊工艺研究

以某电机用换向器的制造为研究背景,采用Sn基无铅钎料实现了表面镀铜石墨与黄铜的钎焊焊接.实验结果表明:钎焊接头强度4～6 MPa,片间电阻约5×10-3Ω,该钎焊工艺能够满足换向器工作要求.钎焊接头界面结构组织为:石墨/Cu/Cu6Sn5/CuSn共晶/SnZn共晶/CuSn共晶/ Cu6Sn5/黄铜,由于这些共晶合金和金属间化合物在母材之间起到过渡连接作用,从而实现了石墨与黄铜的钎焊连接.     

Effect of adding Ce on interfacial reactions between Sn-3.0Ag-0.5Cu solder and Cu substrate

The formation and the growth of Cu-Sn intermetallic compound （IMC） layer at the interface between Sn-3.0Ag-0.5Cu-xCe solder and Cu substrate during soldering and aging were studied. The results show that Cu6Sn5 IMC is observed at the interface between solder and Cu substrate in all conditions. After aging for 120 h,the Cu3Sn IMC is then obtained. With increasing aging time,the scalloped Cu6Sn5 structure changes to a plate structure. The Cu3Sn film always forms with a relatively planar interface. By adding a small amount of the rare earth element Ce （only 0.1%,mass fraction） into the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy,the growth rate of the Cu-Sn IMC at the interface of solder alloy system is decreased. When the time exponent is approximately 0.5,the growth of the IMC layer is mainly controlled by a diffusion over the studied time range.     

Effects of nano-sized Ag reinforcing particulates on the microstructure of Sn-0.7Cu solder joints

Composite solders were prepared by mechanically dispersing different volumes of nano-sized Ag particles into the Sn-0.7Cu eutectic solder.The effects of Ag particle addition on the microstrueture of Sn-0.7Cu solder joints were investigated. Besides, the effects of isothermal aging on the microstructural evolution in the interfacial intermetallic compound (IMC) layer of the Sn-0.7Cu solder and the composite solder reinforced with l vol% Ag particles were analyzed, respectively. Experimental results indicate that the growth rate of the interfacial IMC layer in the Ag particles reinforced composite solder joint is much lower than that in the Sn-0.7Cu solder joint during isothermal aging. The Ag particles reinforced composite solder joint exhibits much lower layer-growth coefficient for the growth of the IMC layer than the corresponding solder joint.     

SnAgCu-Bi-Ni无铅微焊点的电迁移行为

以直径为400μm的SnAgCu-Bi-Ni(Ag<1%)微焊点为对象,研究了微焊点在电流时效过程中的电迁移行为.对球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点组装电路在不同温度下进行不同时长的电流时效试验.从焊点微观组织和硬度梯度的变化两个方面分析了电迁移现象的行为规律.研究结果表明,电迁移试验后焊点阴极区域金属间化合物(intermetallic compound,IMC)分解,附近形成大量微空洞,Cu焊盘大量消耗,焊点中部和阳极形成了大量(Cu,Ni,)6Sn5化合物,附近形成大量小丘,电迁移作用导致焊点内部微硬度形成由阳极向阴极递减的梯度分布,较高的试验温度显著加快电迁移进程.     

微电子封装中焊锡接点的界面应力奇异性

采用界面力学理论计算了不同形状的含铅/无铅焊锡接点界面应力奇异性指数,建立了焊锡接点的有限元模型,计算了线弹性、弹塑性和Johnson-cook材料模型的界面应力分布.结果表明:随着焊锡接点接触角的增加,界面应力奇异性增强;Sn37Pb/Cu界面比Sn3.5Ag/Cu和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面的应力奇异性明显;弹塑性变形和应变率效应降低界面应力.     

Effect of elements Ni and Co on morphology and type of IMC at Sn-3Ag-0.5Cu solder joint interface

The intermetallic compound (IMC)is hard and brittle,and its forming and growth at soldering joint interface is an important issue in joint reliability. The data obtained by digital optical electronic microscope indicate that the addition of element Co changes the IMC morphology from ball-like and bar-like to distinct and sharp in crest lines and edges. The addition of elements Ni and Co in Sn-3Ag-0.5Cu solder promotes the nucleation and makes the IMC size finer.The electron probe microanalysis(EPMA)determines the chemical compositions and confirms that the IMC is changed into the(Cu,Co,Ni)_6Sn_5+(Cu,Co,Ni)_3Sn_4 mixed type from the type of Cu_6Sn_5 with the elements Ni and Co in the solder.     

Sn-Ag共晶钎料与Cu基板界面反应的热力学计算

为探讨热力学计算在无铅焊料的设计与研究领域中的应用,依据局部平衡理论,通过热力学相图计算,采用商业计算软件Thermo—Calc进行了计算与模拟工作．预测出250℃焊接温度下Sn—Ag共晶焊料与Cu基板界面处金属间化合物的形成序列;根据Scheil-Gulliver模型模拟了剩余液态钎料非平衡凝固过程,对相演变信息进行了预测．综合计算模拟结果,确定焊接接头的组织是由Cu6Sn5、Cu3Sn、、Ag3Sn和富Sn相（BCT—Sn）组成,有效地预测了界面反应行为,与实验结果吻合较好．     

Electrical conductivity changes of bulk tin and Sn-3.0Ag-0.5Cu in bulk and in joints during isothermal aging

The changes of electrical conductivity(resistance) between Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joints and printed circuit board(PCB) assembly during aging at 125℃were investigated by the four-point probe technique.The microstructural characterizations of interfacial layers between the solder matrix and the substrate were examined by optical microscopy and scanning electronic microscopy.Different types of specimens were designed to consider several factors.The experimental results indicate that electrical conductivitie...