超低银SAC钎料焊点界面显微组织演化

研究了复合添加Ga/Nd元素的超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料在长期时效过程中的微焊点界面组织演化情况. 结果表明,复合添加适量Ga/Nd元素可以显著改善时效后微焊点界面组织,抑制微焊点界面附近大块状金属间化合物以及稀土相的生成. 经720 h时效后,即使在含有过量Nd元素的微焊点界面仍没有发现明显的Ag₃Sn相和稀土相,取而代之的是小块状的新相,结合EDS和XRD分析结果推测该相含有Ga₂Nd与Cu₆Sn₅. 经过长期时效处理后,微焊点抗剪力接近Sn-3.8Ag-0.7Cu焊点抗剪力的90%,具有较好的力学性能.     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNd钎料显微组织及性能

研究了稀土元素Nd的添加量对超低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu的润湿性能、显微组织和力学性能的影响.结果表明,微量Nd元素的加入可以显著改善Sn-0.3Ag-0.7Cu超低银无铅钎料的润湿性能和焊点的力学性能,并且能够起到细化基体组织的作用.当钎料中Nd元素的质量分数达到0.1%时,钎料的综合性能最佳,基体组织最为均匀细化.虽然Ag元素含量的降低使钎料的性能有所下降,但是加入适量Nd元素后钎料的润湿性能已接近传统Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料.     

复合添加Ga/Nd对超低银SAC钎料组织和性能的影响

研究了复合添加Ga/Nd对超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料组织和性能的影响.结果表明,复合添加微量Ga/Nd元素(0.025~1%)可以显著改善钎料的润湿性能,当Nd元素的添加量为0.1%时钎料的润湿时间最短,润湿力,此时钎料在250℃时的润湿时间已达到了波峰焊的应用标准.添加适量Ga/Nd元素后钎料组织得到了明显细化,当Nd元素的添加量为0.1%时钎料组织最为细小均匀,同时焊点抗剪力相比母合金提升了约15%.当添加过量稀土元素后,结果表明,在钎料组织中并未发现明显的稀土相,说明Ga/Nd复合添加对稀土相的生成起到了一定的抑制作用.     

Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni焊点组织与力学性能的影响

研究了添加微量稀土元素Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu无铅焊点再流焊和150 ℃时效条件下焊点界面组织与力学性能的影响. 结果表明,添加适量Nd(质量分数为0.06%)可以优化焊点界面组织,减缓时效过程中Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu界面化合物的生长速率,提高焊点力学性能,增强焊点的可靠性. 时效过程中,添加了0.06%Nd的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料焊点的剪切力始终保持最大,在时效1 440 h后,Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.06Nd/Cu焊点的剪切力相比未添加稀土的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料提高了31.9%.     

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料润湿性能和微焊点力学性能的影响

采用润湿平衡法研究了微量稀土Pr元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu在Cu基板上润湿性能的影响规律,并借助STR-1000型微焊点强度测试对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr微焊点的力学性能。结果表明,随着稀土Pr含量的增加,钎料在Cu基板上的润湿力逐渐增加,润湿时间缩短。当Pr的质量分数在0.05%~0.1%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr钎料的润湿性能最好。在260℃的试验条件下,Sn Ag Cu-0.1Pr相比Sn Ag Cu钎料润湿力提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。且当Pr含量约为0.05%时,微焊点的力学性能最佳,焊点的剪切强度提高了8.5%。     

Pr,Nd对Sn0.3Ag0.7Cu0.5Ga无铅钎料显微组织的影响

分析了添加两种稀土元素Pr,Nd对Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga无铅钎料基体组织、焊点界面组织的影响并测定了焊点抗剪强度.结果表明,在该钎料中分别添加Pr,Nd元素可以改善钎料的显微组织,且加入Pr元素的效果优于Nd.添加Pr元素的钎料基体组织中金属间化合物分布均匀,而后者易在晶界处产生“区域”状金属间化合物,成为裂纹的发源地.稀土元素的吸附作用可以降低钎料与铜基板界面反应的剧烈程度,从而改善界面的形貌.添加Pr元素的钎料可以更好地与铜基板结合,从而提高了焊点的抗剪强度.     

Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响

通过在钎料中添加Fe粉颗粒,研究其对Sn-3Ag-0.5Cu复合无铅钎料的黏度、熔点、钎焊接头界面微观组织、与Cu基板之间的润湿性及焊点力学性能的影响。结果表明:微米级Fe粉的添加增加了复合钎料焊膏单位体积内焊粉的接触面积,使得焊膏内摩擦力增大,导致复合钎料焊膏的黏度增加;微米级Fe粉的添加对Sn-3Ag-0.5Cu钎料的熔化特性没有显著影响;钎焊时,由于重力偏聚及界面吸附作用,Fe粉颗粒集中沉积于Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu钎焊接头界面处靠近钎料一侧,由于增大液态钎料黏度而导致钎料与Cu板间的润湿性降低;与Sn-3Ag-0.5Cu/Cu相比,Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu界面处钎料一侧粗大的β-Sn枝晶区消失,取而代之的是细小的等轴晶。Sn-3Ag-0.5Cu-1%Fe/Cu的剪切强度为46 MPa,比Sn-3Ag-0.5Cu/Cu剪切强度提高39%;靠近界面金属间化合物处钎料基体的显微硬度提高约25%。     

BGA单板结构与板级结构焊点剪切力学行为分析

采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为. 分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的力学性能. 结果表明, 单板结构中焊点的抗剪强度高于板级结构中焊点的抗剪强度. 在单板结构中,高银焊点的抗剪强度最大,加入稀土元素的低银焊点只是得到了一定程度上的改善,然而对于板级结构,加入稀土元素的低银焊点剪切力学性能基本与高银焊点相当. 在同等拘束条件下,低银焊点的延展性优于高银焊点. 此外,对于同一种钎料而言,单板结构中的焊点断裂在体钎料上,而板级结构则断裂在IMC/体钎料界面处.     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb无铅钎料润湿性

研究了微量Sb元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性的影响,采用润湿平衡法探讨了Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料在不同氛围和不同钎剂条件下的润湿性能.结果表明,微量的Sb元素可以显著提高Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性.在氮气氛围条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性得到显著改善,主要基于氮气氛围减小熔融钎料的氧化.辅助不同的钎剂,钎料的润湿性差异较大,选择合适的钎剂可以明显提高Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性.     

复合添加Ga,Al,Ag对Sn-9Zn钎料性能的影响

采用润湿平衡法研究了合金元素Ga,Al,Ag复合添加对Sn-9Zn钎料润湿性的影响.结果表明,Ga,Al,Ag的最佳添加量分别为0.2,0.002,0.25(质量分数,%);添加合金元素后钎料的高温抗氧化性能显著提高.俄歇电子能谱分析表明,Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料表面Al高度富集并形成一层致密的氧化膜,可阻挡氧向液态钎料内部扩散,减少钎料的氧化.Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料与Cu/Ni/Au基板之间的金属间化合物由一层平坦的AuZn3和颗粒状的AuAgZn2化合物组成.另外,微焊点力学试验表明,采用Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag钎料时,电子元器件与基板间微焊点的力学性能比Sn-9Zn钎料略有提高.     

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.     

微量Nd对Sn-6.5Zn合金及钎料/Cu界面结构的影响

研究了微量稀土元素Nd的添加对Sn-6.5Zn合金组织及钎料/Cu焊点界面金属间化合物(IMC)特征的影响.结果表明:微量Nd元素在Sn-6.5Zn钎料中的添加能够显著细化合金组织和形成均匀细密界面IMC层;添加0.1 wt％Nd元素即能促进钎料/Cu焊点界面反应及界面区域成分的均匀性.     

基于纳米压痕法的无铅BGA焊点的循环力学行为

采用纳米压痕法通过循环加载卸载方式研究了最大载荷、循环次数及保载时间对Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu 2种钎料BGA焊点循环性能的影响.结果表明,Sn-Ag-Cu系无铅BGA焊点的循环性能具有很大的载荷依赖性,随着最大载荷的增加,BGA焊点的损伤累积增加且前几周循环中损伤累积很大,其后逐渐减小并趋于稳定;循环次数增加,使BGA焊点抵抗变形的能力稍有降低;保载时间增加,蠕变位移不断增加,蠕变和疲劳共同作用会加速焊点失效;Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料BGA焊点的能量损耗大于Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料BGA焊点.     

Cu/Sn-0.7Cu-0.05x/Cu焊点界面组织形貌及力学性能的研究

研究了Cu/Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu和Cu/Sn-0.7Cu-0.05Fe/Cu焊点的界面组织形貌、钎料铺展性能及焊点力学性能。结果表明:在Sn-0.7Cu钎料中添加Fe和Ni颗粒均可以抑制金属间化合物层生长,使得界面致密平整,同时减小了液态钎料在铜基板上的表面张力,提高了铺展性能,而且使钎料的抗拉强度和塑性性能得到了一定程度的提高。与Fe颗粒相比,Ni颗粒的添加能更好地改善钎焊焊点的性能。     

Nd对Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点高温可靠性的影响

通过研究150℃时效条件下Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力变化和界面微观结构演变,探讨稀土元素Nd对焊点高温可靠性的影响及其影响机制.结果表明,不同时效时间后Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力明显高于Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点,且时效过程中Sn-3.8Ag-...     

剪切载荷下BGA单板结构与板级结构焊点尺寸效应

采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为.分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的尺寸效应.结果表明,单板结构与板级结构中焊点的抗剪强度均随焊点尺寸的减小而增加,板级结构焊点表现的更加明显.低银焊点与高银焊点的剪切力学性能差距随着焊点尺寸的减小逐渐降低.随着焊点尺寸的减小,单板结构中焊点的剪切应变逐渐增加;板级结构则遵循先增加后减小的变化规律.此外,高银焊点随焊点尺寸的减小断裂模式由韧脆混合型向韧性断裂形式转变,另外三种低银焊点断裂模式不变,仅是断裂位置向体钎料侧偏移.     

合金元素Ga对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

研究了合金元素Ga的添加量对Sn-9Zn无铅钎料熔化特性、润湿性能及其焊点力学性能的影响.结果表明,添加合金元素Ga以后,合金的熔点显著降低,熔化温度区间有所增大,润湿性能得到明显改善;合金元素Ga的添加量(质量分数)在0.5%时,钎料的晶粒组织最为细小均匀,钎料焊点的力学性能最佳;当合金元素Ga的添加量大于1%时,钎料的润湿性能趋于稳定,钎料组织中晶界处出现黑色富Ga相,钎料焊点的力学性能大幅度降低.因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ga的最佳添加量为0.5%.     

低银Sn-Ag-Cu无铅钎料的发展现状及发展趋势

开发低银无铅钎料是目前电子钎料行业的迫切需求.目前主要开发了Sn-0.3Ag-0.7Cu和Sn-1.0Ag-0.5Cu等低银钎料,与原有钎料相比,低银钎料具有成本低、耐冲击性能好等优点,但是也存在熔点高、强度低等缺点.目前研究集中在Sn-0.3Ag-0.7Cu和Sn-1.0Ag-0.5Cu基础上添加Ni,Mn,Ti,Z...     

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%.     

稀土元素Nd对Sn-Zn-Ga无铅钎料组织及性能的影响

研究了添加合金元素Ga及稀土元素Nd对Sn-Zn钎料润湿性能、显微组织和焊点力学性能的影响.结果表明,在钎料中适当添加Nd元素,可以提高钎料的润湿性能,当Nd元素的质量分数为0.1％时,钎料的润湿力最大,润湿时间最短,润湿性能达到最佳.同时适当升高温度时润湿性能得到改善.随着Nd元素的加入,钎料中大块的黑色针状富锌相逐渐变少,钎料基体组织得到细化,在Nd元素的添加量达到0.1％时,钎料的组织最为均匀、细小.同时Nd元素的加入可以改善焊点的力学性能,在Nd元素含量为0.1％时抗剪强度增至最大.因此Nd元素在Sn-9Zn-0.5 Ga钎料中的最佳添加量为0.1％左右.