CBGA结构热循环条件下无铅焊点的显微组织和断裂

用热循环实验、扫描电镜观察焊点横截面和有限元模拟的方法研究了陶瓷球栅阵列封装（CBGA）结构中无铅焊点的组织和热疲劳行为．CBGA结构中,在焊料与铜焊盘和银焊盘的界面处分别形成了Cu6Sn5和Ag3Sn．在热循环过程中,铜焊盘处Cu6Sn5层增厚,并出现Cu3Sn;镀银陶瓷芯片一侧,Ag3Sn层也增厚,焊球中靠近界面处Ag3Sn的形态从条状向球状过渡．增加热循环周次,疲劳裂纹最先出现在芯片与焊球界面处焊球的边角位置上,有限元模拟表明此处具有最大的剪切应力．在印刷线路板处,裂纹沿Cu6Sn5和焊料的界面扩展;在陶瓷芯片处,裂纹沿Ag3Sn界面层附近的焊球内部扩展．     

92.5Pb5Sn2.5Ag焊层热循环可靠性和裂纹扩展

研究了功率模块芯片在ＤＣＢ基板上９２．５Ｐｂ５Ｓｎ２．‘５Ａｇ钎料焊导牟热循环可靠性和裂纹扩展,应用超声波显微镜对裂纹扩展过程进行检测,得到了热循环失效的热纹扩展数据,采用统一型粘塑性Ａｎａｎｄ方程描述了９２．５Ｐｂ５Ｓｎ２．５Ａｇ的力学本构,模拟了焊层在热循环条件下的应力应变过程,基于裂纹扩展的实验数据和等效塑性应变境量△εｅｐ＾ｉｎ,提出了一种描述热循环裂纹扩展速率的经验方程。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响EI北大核心CSCD

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

通过添加POSS颗粒抑制锡基无Pb焊层的晶须生长

在Sn,Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn42-Bi58钎料中添加具有纳米结构的笼形硅氧烷齐聚物(POSS)作为增强相,研究了增强相在恒温恒湿(85℃,相对湿度85%)条件下对锡基无Pb焊层晶须生长行为的影响.结果表明,在恒温恒湿条件下,锡基无Pb焊层晶须生长的驱动力是Sn的氧化物生成引起体积膨胀从而对周围焊层产生的压应力;添加POSS可以有效缓解金属Sn的氧化进程,抑制Sn的氧化物生成,从而减缓晶须生长;在Sn,Sn3.0Ag0.5Cu和Sn58Bi焊层中,Sn焊层晶须生长能力最强,Sn58Bi焊层晶须生长能力最弱.     

CBGA焊点热循环条件下的可靠性

研究了陶瓷球栅阵列（CBGA）器件在-55～125℃温度循环条件下的热疲劳寿命,采用光学显微镜研究了失效试件焊点的失效机制,分析了裂纹萌生和扩展的方式。结果表明,失效试件裂纹最先萌生于四周最外侧焊球上下界面外边缘处,随着循环次数的增加,裂纹沿该界面从焊球边缘向中心扩展,裂纹的萌生和扩展是该处应力应变集中、热循环和蠕变相互作用的结果。     

半导体激光加热时间对焊膏在铜基板上润湿铺展性能的影响

采用半导体激光软钎焊系统对Sn63Pb37和Sn96Ag3.5Cu0.5焊膏在铜基板上的润湿铺展性能进行了试验,研究了不同激光加热时间对钎料润湿铺展性能的影响,采用扫描电镜分析了Sn63Pb37和Sn96Ag3.5Cu0.5钎缝的显微组织和钎缝界面区组织特征.结果表明,在一定的激光输出功率下,随着激光加热时间的增加,两种钎料的润湿性都得到提高.其中Sn-Pb钎料焊膏的加热时间达到1.5 s时,润湿面积和润湿角趋于稳定,而Sn-Ag-Cu钎料焊膏润湿性需要达到2.5 s时润湿面积和润湿角才趋于稳定.     

高密度LED组装Sn-3Ag-0.5Cu焊点显微组织和力学性能的分析

分别用Sn37Pb钎料和Sn3Ag0.5Cu钎料组装高密度LED灯板,试验观察了焊后和老化后焊点的显微组织,测试了焊点的抗剪强度.结果表明,Sn3Ag0.5Cu焊点的金属间化合物层明显大于Sn37Pb焊点,但都在合格范围内,不会造成脆断,且其β-Sn初晶晶粒被网状共晶物包覆的特殊结构使其抗剪强度明显大于Sn37Pb焊点;老化后,两组焊点的抗剪强度均有所减小.虽然无铅焊膏代替Sn37Pb焊膏是电子工业界的发展的必然趋势,但是利用无铅焊膏组装小尺寸、高密度LED组件需要更精确的回流工艺.     

倒装焊Sn—Pb焊点的热疲劳失效

对倒装焊Sn-Pb焊点进行了热循环实验,结合三维全局有限元模拟的结果,研究了Sn-Pb焊点热疲劳失效,结果表明,充胶后焊点内塑性应变范围减小近一个数量级,从而显著降低焊点的疲劳损伤后,由于底充胶改变了Sn-Pb焊点应力、应变分布,使得充胶前后焊点裂纹位置发生改变,Sn-Pb焊点热疲劳裂纹萌生于粗化的富Sn相,并穿过富Pb相沿Sn相生长,Sn和Pb晶粒的非均匀粗化趋势与模拟给出的剪切应变轴向分布一致。     

热循环对CBGA封装焊点组织和抗剪强度的影响

陶瓷球栅封装阵列(CBGA)器件的陶瓷基器件与印刷电路板之间膨胀系数的差异是导致焊点失效的主要因素,其可靠性一直是CBGA封装器件制造时需重点考虑的问题.研究了在-55～125℃热循环试验条件下,热循环对CBGA封装焊点的组织变化及对抗剪强度的影响.结果表明,随着热循环次数的增加,焊点的抗剪强度不断下降;随着热循环次数的增加,CBGA封装焊点在焊球边缘处开始萌生裂纹,然后裂纹沿着晶界扩展,最终导致完全失效.与此同时,焊点的组织变化的微观机制表现为焊点晶粒不断地长大,组织粗化,金属间化合物层逐渐增厚.     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

不同成分无铅焊锡粉末特性研究

利用自行设计的超音速雾化制粉装置制备了无铅焊锡合金粉。研究了不同成分对雾化粉末特性的影响,同时观察了无铅焊锡雾化粉末钎焊接头的组织,并与传统含铅合金做了对比。结果表明：在相同过热度下,在3种不同成分的粉末中,Sn3Ag2.8Cu粉末具有最高的有效雾化率、最低的氧含量、最好的球形度和最光滑的表面;Sn3Ag2.8Cu焊锡膏与铜基板形成的扩散层比Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce和Sn37Pb焊锡膏与铜基板的扩散层更厚,且形成的金属间化合物更不规则;Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce粉末有效雾化率和氧含量均高于Sn37Pb     

Studies on leaching of metals from solders due to corrosion

Leaching of Ag, Cd, Cu, Pb, Sn, Sb and Zn from 50/50 Pb/Sn, 95/5 Sn/Sb and 96/4 Sn/Ag soldered copper plates into distilled, tap and well waters as a function of contact time under static conditions was done. Ag, Cd and Sb were not leached to significant extent. Significant amounts of tin were leached especially into tap and well waters. The amount of copper leached from soldered samples was in general less than the amount leached from blank copper samples. The amount of Zn leached was by far less than the drinking water quality limit (5 mg/L). The amount of Pb leached from nonleaded solders was less than 10 μg/L and exceeded 10 μg/L in the case of Pb/Sn solder. Surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy and electron microprobe techniques of Pb/Sn solder samples showed the presence of Pb and Sn oxides. The results fit into galvanic corrosion scheme of the solder surface.     

片式电容Sn96.5/Ag3/Cu0.5焊点热疲劳性能比较

以0805封装片式电容器件焊点为研究对象,建立了多周期温度冲击下Sn96.5/Ag3/Cu0.5的焊点有限元分析模型,开展了多周期温度冲击条件下焊点剪切力测试工作,获得了Sn96.5/Ag3/Cu0.5和Sn63/Pb37两种焊点的周期-剪切力测试数据,并利用非线性最小二乘法得到了1 500个周期内的焊点热疲劳状态拟合曲线.结果表明,在规定试验条件下,在有限的1 500个周期内0805封装电容的Sn96.5/Ag3/Cu0.5焊点的热疲劳劣化速率略慢于Sn63/Pb37焊点.     

62Sn36Pb2Ag钎料中Ag元素对AgCu/SnPbAg/CuBe焊缝性能的影响

分别采用62Sn36Pb2Ag钎料和63Sn37Pb共晶钎料焊接AgCu合金块和CuBe合金片进行试验,对比分析两种钎料形成的焊缝性能和显微组织结构,阐述了62Sn36Pb2Ag钎料中Ag元素的存在对AgCu/SnPbAg/CuBe焊缝性能的影响机制.结果表明,62Sn36Pb2Ag钎料中的Ag元素对于润湿铺展状态的改...     

FCBGA器件SnAgCu焊点的热冲击可靠性分析

采用有限元法和Garofalo-Arrheninus稳态本构方程,在热冲击条件下对倒装芯片球栅阵列封装（FCBGA）器件SnAgCu焊点的可靠性进行分析. 结果表明,Sn3.9Ag0.6Cu焊点的可靠性相对较高. 通过分析SnAgCu焊点的力学本构行为,发现焊点应力的最大值出现在焊点与芯片接触的阵列拐角处. 随着时间的推移,SnAgCu焊点的应力呈周期性变化. Sn3.9Ag0.6Cu的焊点应力和蠕变最小,Sn3.8Ag0.7Cu焊点应力和蠕变次之,Sn3.0Ag0.5Cu焊点应力和蠕变最大,与实际的FCBGA器件试验结果一致. 基于蠕变应变疲劳寿命预测方程预测三种SnAgCu焊点的疲劳寿命,发现Sn3.9Ag0.6Cu焊点的疲劳寿命比Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.8Ag0.7Cu焊点的疲劳寿命高.     

底充胶叠层PBGA无铅焊点随机振动应力应变分析

建立了底充胶叠层塑料球栅阵列(plastic ball grid array, PBGA)无铅焊点三维有限元分析模型,研究了PBGA结构方式、焊点材料、底充胶弹性模量和密度对叠层无铅焊点随机振动应力应变的影响. 结果表明,底充胶可有效降低焊点内的随机振动应力应变;在其它条件相同下,对于Sn95.5Ag3.8Cu0.7,Sn96.5Ag3Cu0.5,Sn-3.5Ag和Sn63Pb37这四种焊料,采用Sn-3.5Ag的底充胶叠层焊点内的随机振动最大应力应变最小,采用Sn96.5Ag3Cu0.5的焊点内的最大应力应变最大;随着底充胶弹性模量的增大,叠层无铅内的随机振动应力应变值相应减小;随着底充胶密度的增大,叠层无铅内的随机振动应力应变值相应增大.