基于高温铅锡合金焊料低空洞率焊接研究

功率模块芯片级焊接主要使用的是高温铅锡合金焊料,便于芯片进行二次模块封装,而焊接过程中的空洞是一个关键性的问题。通过高温锡铅合金焊料引入Ag元素,针对不同Ag元素组分下锡铅银合金焊片对焊接层空洞的影响进行了深入研究。实验表明采用高温焊料Pb92.5Sn5Ag2.5,焊接层具有较低的空洞率,高达98%以上的焊透率。     

核电厂DCS安全级设备中板卡无铅焊接可靠性研究

据了解目前国内核电厂数字化仪控设备中板卡的焊接多为有铅工艺,受到RoHS环保要求影响,大量的工业级电子元器件焊接端已无铅化,导致板卡的焊接使用有铅焊料焊接无铅元器件。因为两种合金材质的不同,所以工艺参数的范围不同。为了平衡这些差异使得工艺窗口变窄、工艺参数控制难度提高,使用无铅焊料焊接无铅元器件,提高焊料合金匹配度,拓宽工艺窗口,保证工艺稳定性是当前产品生产制造方面较为重要的需求。为了研究无铅焊接焊点的可靠性,通过对无铅焊接焊点质量、可靠性维度进行试验,依据试验数据评价无铅焊接焊点的可靠性,总结试验过程,形成一套无铅焊接焊点可靠性的验证方法。     

钎焊工艺对Au-Sn/Ni焊点组织及力学性能的影响*

通过回流焊技术制备Au-Sn/Ni焊点,通过扫描电子显微镜和能谱检测分析钎焊接头的微观组织及其相组成,利用疲劳试验机对焊点的剪切强度进行检测,研究不同钎焊工艺对Au-Sn/Ni焊点组织和力学性能的影响。结果表明,在310 ℃钎焊1 min的Au-Sn/Ni焊点经过水冷或空冷后,焊料内部均形成镶嵌有离散分布的(Ni,Au)₃Sn₂相的(Au₅Sn+AuSn)共晶组织,焊料/Ni界面处形成(Ni,Au)₃Sn₂金属间化合物(intermetallic compound,IMC)层;钎焊后炉冷的焊点,由于冷却速度过慢,导致焊料中Ni质量分数增大,(Ni,Au)₃Sn₂相异常长大消耗共晶组织中的(Au,Ni)Sn相,焊料共晶组织消失。随着钎焊时间的延长,基板中的Ni原子不断往焊料扩散,界面处的IMC层厚度均有不同程度的增加。随钎焊时间延长焊点的剪切强度逐渐下降,而剪切断裂模式为脆性断裂,发生在焊料与金属间化合物层的界面处。Au-Sn/Ni焊点在310 ℃下钎焊1 min,并采用水冷方式时得到的力学性能最佳。     

低熔点合金在冷冲模中的紧固作用

在冷冲模具的制造中,低熔点合金作为固定凹模、凸模、凸凹模等零件的一种固定材料被之泛应用,具有操作方便、牢固可靠等特点。 1.低熔点合金 低熔点合金由锑、铅、铋、锡4种有色金属材料按所需配方熔化配制成四元低熔点合金。由于合金材料不同,它们的熔点也各不相同,即锑的熔点为630.5℃、铅的熔点为327.3℃、铋的熔点为271℃、锡的熔点为231.91℃。 将这四种合金材料按照W_(Sb)=9％、W_(Pb)=28.5％、W_(Bi)=48％、W_(Sn)=14.5％熔化配制后,它们就由原来各不相同的熔点变成为低熔点,故称为四元低熔点合金。其温度计算为:{[(630.5℃     

微波GaAs 功率芯片AuSn 共晶焊接微观组织结构研究

文中采用Au80Sn20共晶焊料对GaAs功率芯片与MoCu基板进行焊接,分析了焊接温度、摩擦次数等工艺参数对共晶焊接的影响,给出了GaAs芯片共晶焊的工艺参数控制要求,通过扫描电镜及能谱仪分析接头的显微组织、元素分布,通过X射线检测仪测定接头的孔洞率,研究GaAs芯片背面和MoCu基板表面的镀层与焊料之间的相互作用以及焊缝的凝固过程.GaAs芯片背面的Au层部分溶解在AuSn焊料中,MoCu基板表面的Au层完全溶解在AuSn焊料中,焊缝与Ni层结合,焊缝由靠近两侧母材的ξ-Au5Sn金属间化合物层和中间的Au-Sn共晶组织组成.     

残余应力对混合组装BGA热循环可靠性影响

研究混装球栅阵列(Ball grid array,BGA)回流焊后产生的残余应力对热循环寿命产生影响。根据Sn63Pb37/Sn3.0Ag0.5Cu均匀混装BGA封装实体,建立有铅和混装BGA封装体ANSYS有限元模型。通过加载不同峰值温度(220~265℃)和不同降温速度(1~6℃/s)的回流温度曲线后,得到BGA封装体焊点残余应力、应变。随后选取峰值温度243℃、降温速度3℃/s条件下的回流焊后BGA封装体模型施加热循环载荷,根据修正Coffin-Manson方程预测焊点寿命。研究结果表明:回流焊中降温速度对焊后应力占主导因素,应力降温速度的增加逐渐由27.9 MPa增加到32.5 MPa,而峰值温度对焊后应变影响明显;热循环分析中BGA焊球左上角区域始终处于高应力应变状态,均匀混装BGA寿命稍低于SnPb焊点BGA;回流焊工艺后进行热循环加载结果表明残余应力对Sn63Pb37/Sn3.0Ag0.5C均匀混装BGA寿命影响不大。     

CuAlSn合金表面腐蚀层的XPS研究

文章运用XPS对CuAISn合金在3.5%NaCl水溶液中腐蚀层的化学成分、元素状态及相分布进行了分析.结果表明,腐蚀层存在有一价态铜、三价态铝和二价态锡,形成了Cu2O相和Al2O3相,也有可能形成SnO相,它们的分布深度存在差异.     

钨合金热连轧接触特性数值分析

采用有限元分析方法,对钨基高比重合金在连轧过程中的接触特性进行了模拟仿真。接触状态的改变必定会造成实际摩擦应力的不同,这也是形成接触层应力分布差异的原因之一。同时研究了合金颗粒和基体应力、应变分布,以及轧制量的影响。分析结果表明,辊压时,接触部分会发生滑移与粘着演变,最大剪切力存在于颗粒与基体结合面。     

微合金化低银无镉Ag-Cu-Zn钎料的性能

采用锡、磷、镍、铟元素对含质量分数21％银的Ag-Cu-Zn钎料进行微合金化,研究了钎料的熔化性能、铺展性能、加工性能,以及钎焊紫铜和45钢接头的抗拉强度、显微组织.结果表明:Ag-Cu-Zn钎料微合金化的最优成分(质量分数/％)为21Ag-Cu-Zn-1.5Sn-0.2P-1.0Ni-2.5In,与前期优化得到的21Ag-Cu-Zn-1.5Sn四元合金钎料相比,其固、液相线温度分别降低了106℃和31℃,在紫铜上的单位质量铺展面积增大了约66％,可通过常规热挤压和拉拔工艺制成直径为0.8 mm的焊丝;该钎料用于紫铜和45钢2种母材的钎焊时皆可形成致密无缺陷的钎缝,界面处具有冶金结合层,且用于45钢钎焊时接头的抗拉强度比用21Ag-Cu-Zn-1.5Sn钎料提高了约11％.     

采用不含氮原料制备脱β层梯度硬质合金的组织和成分

采用不含氮的硬质合金原料,在梯度烧结工艺前添加一步微压氮化烧结(氮气分压为0.5kPa)工艺,然后于1 420,1 450,1 480℃下烧结1h制备了脱β层梯度硬质合金;另在无微压烧结工艺下制备了均质结构硬质合金;分别采用SEM、XRD及EDS等分析了合金的组织、相组成及成分分布。结果表明:在上述微压烧结工艺下制备的梯度硬质合金中脱β层厚度分别为8,13,24μm;该脱β层梯度硬质合金的物相和成分分布规律与采用含氮硬质合金原料制备的基本一样,即脱β层中仅含WC及钴相,心部为WC、(Ti,W)C和钴相,脱β层中的钛元素含量基本为零,钴元素的含量高于心部的平均含量,钨元素含量的变化不大。     

A novel assembly technology of aluminum alloy honeycomb structure

In this study, the authors applied the low-temperature ultrasonic soldering method to solder aluminum alloy honeycomb structure and investigated the effects of soldering time and soldering temperature on the properties of the solder. The following results were obtained: The wetting angle changed with applied time and applied temperature. The solder region is mainly composed of four kinds of microstructure zones: rich Sn zone, rich Pb zone, Sn–Pb eutectic phase, and rich Al zone. Microanalysis identified a continuous reaction product at the alumina–solder interface as a rich Pb zone. The wet angle data had significantly greater variability, with values ranging from 10° to 90°. The highest value was obtained for the samples soldered with Sn–Pb–Zn alloy for 30 s. Fractures occurred along the solder–alumina interface for the 6061 aluminum alloy. Fracture surface included hybrid tough fracture of dimple and tear ridge. The interface could firstly strip at the rich Bi zone with the effect of shear stress.     

片式微波组件激光软钎焊气密封装技术研究

文中对片式微波组件激光软钎焊气密封装工艺开展研究,优化了影响焊缝成形的焊接结构、热台温度、助焊剂、离焦量、激光功率、焊接速度等工艺参数,分析了激光软钎焊密封接头微观组织,测试了激光软钎焊密封组件的气密性。结果表明:激光软钎焊封盖过程是一个温度场不断变化的动态过程,因此激光功率和焊接速度两参数也应在一定范围内通过程序设计动态调节。钎料可完全填充壳体与盖板之间形成的间隙,钎料中无空洞和裂纹,钎料未溢流到壳体内部。钎料与镀Ni 层接触并润湿良好,在钎料与壳体和盖板界面未形成粗大脆性的金锡金属间化合物。接头上部钎料基本保持(Sn)+(Pb)共晶组织状态,接头下部镀Ni层与钎料之间形成薄且均匀连续的金属间化合物层AuSn和AuSn₂。采用优化后的工艺参数激光软钎焊密封的组件气密性满足机载有源天线阵面应用要求。     

新型锡铋系无铅焊料的开发

在锡铋系焊料中加入微量元素,通过快速冷却制成新的焊料,并对其组织与性能进行了研究.结果表明:添加微量元素具有抑制铋的偏析和形成粗大片状晶体的作用,并能提高锡铋焊料的固溶度,固溶强化提高了焊料的力学性能,使其抗剪强度接近锡铅共晶焊料;快速冷却能明显改善焊料的微观组织,降低熔点,使其焊接性能和力学性能接近或优于传统的锡铅共晶焊料.     

SnAgCu/SnAgCuCe焊点的显微组织与性能

针对SnAgCu和SnAgCuCe两种无铅焊点,研究焊点内部组织、力学性能及热疲劳特性。研究结果表明,稀土元素Ce的加入可以提高焊点的力学性能,稀土元素的添加可以使SnAgCu焊点拉伸力提高近12.7%。稀土元素的添加细化SnAgCu基体组织,同时减小金属间化合物颗粒(Cu6Sn5和Ag3Sn)的尺寸,这是SnAgCuCe焊点力学性能提高的主要原因。拉伸断裂后的扫描电镜分析表明,两种焊点的断裂呈现明显的韧性断裂特征。另外在温度循环载荷下,稀土元素可以显著提高SnAgCu焊点的疲劳寿命。基于有限元模拟发现SnAgCuCe的抗蠕变性能显著高于SnAgCu焊点。     

稀土元素对SnAgCu焊点内部组织的影响机制

随着人们环保意识的逐渐增强,新型无铅钎料的研究成为电子工业中的研究热点,而稀土元素的添加可以显著改善钎料的性能,基于含稀土Ce无铅钎料的钎焊试验,采用扫描电镜和能谱仪研究稀土元素Ce对SnAgCu焊点内部组织的影响机制。结果表明,稀土元素在SnAgCu焊点内部以CeSn3的形式存在,且稀土相形态各异。采用化学亲和力来表征稀土元素Ce与Sn、Ag、Cu之间的内在联系,从理论上证明Ce的“亲Sn性”。采用乌尔夫原理研究稀土元素的吸附现象,解释稀土元素Ce对SnAgCu焊点内部金属间化合物的细化作用。由SnAgCuCe焊点组织分析,发现基体组织中颗粒尺寸大小排序为CeSn3>Cu6Sn5>Ag3Sn,从理论上证明纳米Ag3Sn颗粒在SnAgCuCe焊点强化中发挥着主要的作用。研究结果可以为新型无铅钎料的研究提供理论支撑。     

等温时效对Sn3.0Ag2.8Cu/Cu焊点界面层组织的影响

对Sn3．0Ag2．8Cu／Cu焊点等温时效后其界面组织的变化进行了SEM、OM以及EDX分析研究，并与Sn37Pb／Cu焊点进行了比较。结果表明：在焊料与铜基板界面上存在Cu6Sn5和Cu3Sn两种金属间化合物，时效过程中Sn3．0Ag2．8Cu焊料与铜的生长速度较慢，金属间化合物的生长属于扩散控制。     

金属间化合物对SnAgCu/Cu界面破坏行为的影响

无铅焊接与封装是对新一代电子产品的基本要求,SnAgCu系合金是最有可能替代SnPb焊料的无铅焊料。SnAgCu—Cu界面金属间化合物（intermetallic components,IMC）的形成与生长对电了产品的性能和可靠性有重要影响。文中讨论SnAgCu—Cu界面IMC的形貌及绀织演变,介绍SnAgCu—Cu界面IMC的形成、生长机理和表征办法,分析IMC对SnAgCu—Cu界面破坏行为的影响。     

Stress analysis of lead-free solders with under bump metallurgy in a wafer level chip scale package

The wafer level chip scale assembly (WLCSP) has increasingly become popular due to its compact, wafer scale assembly. In a WLCSP assembly, the under bump metallurgy (UBM) connecting the solder joints and the chip is crucial for the assembly reliability. This study focuses on a WLCSP with 96.5Sn3.5Ag/95.5Sn3.8Ag0.7Cu solder joints and Ti/Cu/Ni UBM on a 2–layer microvia build-up electric board. Furthermore, the Garofalo-Arrhenius creep model in finite element analysis ANSYS 6.0 is used for simulations on the WLCSP assembly under thermal cycling to investigate the deformations of the assembly with different thickness of nickel layer, the maximum equivalent strain and maximum equivalent stress of microvias/joints. Finally, the Coffin-Manson equation is applied to predict the fatigue lives of four combinations of solder joints with different eutectic alloy and thickness of nickel layer.