纳米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-xAg钎料组织及性能的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-0.7Cu-x Ag钎料组织和性能的影响。结果表明:在Sn-0.7Cu钎料中加入适量的纳米Ag颗粒可以改善钎料的润湿性。当Ag含量为2%时,润湿性最好,铺展系数可以达到74.66%。添加微量的Ag增加了钎料的形核率,细化了钎料的微观组织。但是Ag含量过多时IMC层厚度大。当Ag含量为4%时,钎料的显微硬度最大,其焊点抗拉强度最大,焊点抗拉强度为55.69 MPa。当Ag含量为8%时,钎料的IMC层厚度最大,达到3.88μm,其焊点的抗拉强度最小。     

微量Zn颗粒对Sn-0.7Cu-xZn钎料焊点组织及力学性能的影响

研究了微量Zn颗粒对Sn-0.7Cu钎料焊点微观组织、钎料铺展性能及Cu/Sn-0.7Cu-x Zn/Cu接头力学性能的影响。结果表明:适量Zn颗粒的添加可以细化钎料组织,减小界面IMC的厚度,提高钎料的铺展性能和硬度;过量Zn的添加则会粗化钎料组织,增大界面IMC的厚度,降低钎料的铺展性能和硬度值;接头抗拉强度随Zn的添加呈先增大后减小的趋势。当Zn含量小于0.20wt%拉伸断口类型为韧断,超过0.20wt%,拉伸断口类型为脆断。Zn的最佳添加量为0.20 wt%。     

Sn-0.7Cu-xNb复合钎料微观组织和力学性能

文中主要研究了纳米Nb颗粒对Sn-0.7Cu基复合钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加纳米Nb颗粒细化了Sn-0.7Cu复合钎料微观组织,提高了Sn-0.7Cu复合钎料的抗拉强度。当Nb含量为0.12%时抗拉强度达最大值25.36 MPa,但此时钎料的断后伸长率有所降低。Sn-0.7Cu-xNb复合钎料的断裂模式均为塑性断裂,随Nb含量的增加,Sn-0.7Cu基复合钎料断口表面的韧窝尺寸逐渐变小,表明微量的纳米Nb可以抑制合金内Cu6Sn5金属间化合物的长大。     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

回流时间对纯铜基板Sn0.3Ag0.7Cu钎料钎焊焊点组织和力学性能影响

以Sn0.3Ag0.7Cu为钎料,纯Cu板为基板,采用过渡液相扩散焊工艺制备Cu/Cu₃Sn/Cu₆Sn₅/Cu₃Sn/Cu多层结构全金属间化合物焊点,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了焊点的组织形貌和成分,测试了焊点的抗剪强度,研究了界面金属间化合物的生长机理。结果表明,由于温度梯度的影响,冷端Cu₆Sn₅生长速度大于热端。回流时间为5 h时,焊缝形成全金属间化合物,焊缝界面较为平整且无缺陷,抗剪强度由32.16 MPa降至21.29 MPa,降低了33.8%,断裂模式由塑性断裂最终演变为脆性断裂。     

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%。     

Ag颗粒增强Sn-58Bi无铅钎料力学性能研究

在Sn-58Bi钎料中添加Ag颗粒,制备颗粒增强的低温无铅钎料,研究了钎料焊接头力学性能。本文研究结果表明：Sn-58Bi合金中添加少于1wt％的Ag会均匀分布在基体合金中,提高了合金钎料的拉伸强度。钎料在100℃恒温时效试验中,Bi相的粗化趋势明显低于Sn-58Bi共晶钎料,提高了合金钎料的组织稳定性。钎料的拉剪强度则随着钎料中Ag含量的增加而升高,但量超过1wt％时,拉剪强度又会下降。     

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%.     

快速凝固对Sn-6.5Zn钎料合金特性及钎料/Cu焊点力学性能的影响

利用单棍快淬工艺制备快速凝固态Sn-6.5Zn合金薄带,对比分析快速凝固制备工艺对钎料微观结构、熔化与铺展特性的影响,并利用拉伸剪切试验对比研究了钎料/Cu焊点力学性能。结果表明:快速凝固能够显著细化Sn-6.5Zn合金微观组织,初生β-Sn相快速分枝并形成网状枝晶结构,Zn相呈尺寸为0.5~2μm的细小颗粒分布于β-Sn基体中;经快速凝固后,Sn-6.5Zn合金熔化区间减小了约3.7℃;快速凝固态Sn-6.5Zn合金具有优于常态钎料的钎焊工艺性能,能够促进钎料/Cu焊点形成均匀界面并改善力学性能。     

时效温度对Sn-58Bi-xMo复合钎料焊点组织和性能的影响

研究了时效温度对Sn-58Bi-xMo(x=0,0.25)钎料基体显微组织、焊点界面IMC形貌及力学性能的影响规律。研究结果表明:随着时效温度的升高,钎料基体的显微组织逐渐粗大,焊点界面IMC的厚度也逐渐增大,IMC形貌由扇贝状转变为表面较为平缓的层状;相同时效条件下,Cu/Sn-58Bi-0.25Mo/Cu焊点的显微组织及IMC厚度较小;焊点的抗拉强度及剪切强度均随时效温度的提高呈下降趋势,且Mo颗粒的添加大大减缓了焊点时效过程中剪切强度的下降趋势。在同一时效温度下, Sn-58Bi-0.25Mo复合钎料焊点的抗拉强度及剪切强度均高于Sn-58Bi钎料焊点的。     

Sn-9Zn-xAg无铅钎料润湿性能及焊点力学性能

研究了合金元素Ag的添加量对Sn-9Zn无铅钎料润湿性能及其焊点力学性能的影响.结果表明,当Ag元素的添加量(质量分数)为0.3%时,钎料具有最好的润湿性能,焊点的力学性能最佳,焊接接头的断口形貌显示钎料与铜基板接头断口处有明显的韧窝,是典型的韧性断裂;当Ag元素的添加量(质量分数)为0.5%～1.0%时,钎料的润湿性能下降,当Ag元素的添加量(质量分数)增加到1.0%时,焊点的力学性能有所下降,在断口的韧窝底部有大颗的Cu-Zn,Ag-Zn金属间化合物.因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ag的最佳添加量(质量分数)为0.3%.     

镍包覆碳纳米管增强Sn-58Bi复合钎料焊点的组织和力学性能研究

研究了镍包覆碳纳米管(Ni-CNTs)对Sn-58Bi钎料焊点微观组织和可靠性的影响。结果表明:Ni-CNTs的添加提高了Sn-58Bi钎料润湿性能,复合钎料焊点界面IMC(intermetallic compound)呈现扇贝状,细化了Sn-58Bi钎料的微观组织,提高了复合钎料接头的拉伸和剪切性能。随着Ni-CNTs含量的增加,铺展面积呈现先上升后下降的趋势,IMC厚度呈现下降的趋势;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度均呈现先上升后下降的趋势。当Ni-CNTs含量为0.03wt%时,复合钎料铺展面积最大,为58.3 mm2;复合钎料接头的抗拉强度和抗剪强度最大,分别为99.2、14.1 MPa。     

微量元素Ag及稀土对Sn-58Bi钎料组织和性能的影响

研究了微量元素Ag和稀土(65％Ce+35％La)对Sn-58Bi钎料的微观组织和性能的影响.研究结果表明,添加微量的Ag和稀土对Sn-58Bi的熔化性能影响很小,但是两者都可以细化Sn-58Bi的组织并且可以提高Sn-58Bi焊点的剪切强度,添加稀土元素还可以明显提高Sn-58Bi钎料的塑性.     

辐射环境对共晶SnPb钎料焊点力学性能和微观组织的影响

为了探索研究空间辐射环境下电子器件焊点组织性能变化的规律,满足未来微小型深空探测器对电子器件焊点可靠性的需要,本文采用60Co-γ源部分模拟了空间辐射环境,研究了空间辐射对SnPb共晶钎料焊点微观组织,力学性能和断口形貌的影响。结果表明：在0.25 Gy(Si)/s的剂量率下,γ射线辐照会对SnPb/Cu焊点形成辐照损伤,焊点内的Pb基固溶体中有微孔洞和微裂纹的产生,恶化了焊点的力学性能。经过964 kGy剂量的γ射线辐照后,焊点拉伸力降低了14.12%。断口组织分析表明,辐照后焊点的断裂方式仍为韧性断裂,但其塑性较未辐照的焊点有所降低。     

Fe对Sn0.7Cu无铅钎料显微组织和力学性能的影响

研究了Fe颗粒对Sn0.7Cu无铅钎料显微组织、润湿性能和拉伸性能的影响规律。结果表明:适量Fe颗粒的加入可以细化钎料基体组织,β-Sn基体中的Cu6Sn5由原先的针状过渡为点状;在Sn0.7Cu-0.05Fe中,钎料的润湿角最小,获得了较好的润湿性能;当Fe添加过量时,润湿性能受到一定程度恶化,且表面较粗糙,出现明显的氧化现象;抗拉强度随Fe含量的增加呈现先上升后下降的趋势,Sn0.7Cu-0.05Fe获得了最大抗拉强度,Fe的最佳添加量为0.05 wt%。     

Ag和Zn对Sn58Bi钎料润湿性及焊点组织的影响

采用感应熔炼方法制备钎料,研究了Ag,Zn元素添加对Sn58Bi钎料润湿性与焊点组织的影响,并对时效处理后的焊点界面金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs)的组成及生长规律进行了分析。结果表明,添加的Ag或Zn可与Sn分别生成Ag3Sn,Ag5Zn8,并可显著减少钎料中枝晶含量与细化钎料组织,但不能显著促进Sn58Bi钎料的润湿性。而共同添加的Ag,Zn并不能使得钎料组织发生细化并降低钎料的润湿性。共同添加的Ag和Zn使得焊点界面处形成Cu8Zn5+Ag5Zn8的复合IMCs层,该复合IMCs层可显著的减小IMCs的初始厚度,并降低其生长速度。     

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.     

微量Ni对Sn2.5Ag0.7Cu钎料组织和性能的影响

研究微量Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Sn2.5Ag0.7Cu合金主要由β-Sn相、Ag3Sn相和Cu6Sn5相组成;添加微量的Ni元素后,可以有效地细化合金的内部组织,且共晶组织内部产生以Cu6Sn5相为基的(Cu,Ni)6Sn5相,或Ag3Sn相为基的(Ag,Ni)3Sn相。焊点界面主要为Cu基体、IMC层和钎料3个区域;随着钎焊时间的延长或钎焊温度的增加,IMC层在Cu基体侧较为光滑平坦,而钎料侧呈现扇贝状分布;钎焊接头的剪切强度都是呈先增大后减小趋势,在钎焊时间240 s和钎焊温度300℃达到最大值48 MPa。     

工艺参数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面组织和力学性能的影响

互连焊点界面反应形成的金属间化合物(IMC)对焊点服役可靠性会产生显著影响。研究了不同工艺参数(回流温度、回流时间和回流次数)条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点界面金属间化合物的演变及对焊点力学性能的影响,同时对焊点断裂机制进行了分析。结果表明,随着回流温度和回流时间的增加,金属间化合物η-Cu6Sn5相的形貌由贝状向板条状转变,并可观察到η相溶入焊点内部。在265℃回流时,随着回流时间增加,贝状η相不断长大,晶粒数不断减少;界面IMC的生长符合幂指数生长规律,其生长指数为0.339。回流次数对焊点剪切强度的影响为先增后减,断裂模式从纯剪切断裂到微孔聚集型断裂再到局部脆断转变。     

La对Sn-0.3Ag-0.7Cu回流焊点纳米力学性能影响

随着电子产业的不断发展,对微连接焊点可靠性的要求越来越高. 文中在Sn-0.3Ag-0.7Cu的基础上添加第四种微量元素La,并制备出多种不同铼含量的焊球,通过回流焊得到Sn-0.3Ag-0.7Cu-xLa焊点. 采用纳米压痕仪对焊点进行一次加载—卸载试验,对试验所得到的载荷—位移数据通过采用Ma物理反解析法可得出焊点的纳米压痕硬度H、弹性模量E及蠕变速率敏感指数m等焊点的性能参数.研究稀土元素La对焊点纳米力学性能的影响. 结果表明,随着微量稀土元素La含量的增加,焊点的硬度、弹性模量表现出明显的增长趋势,而且抗蠕变性能随着铼含量的上升呈线性上升趋势.