界面金属间化合物对铜基Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点拉伸断裂性能的影响

研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在(150±1)℃时效温度下,0～1 000 h不同时间时效后焊点的拉伸断裂性能以及界面金属间化合物(IMC)的组织形态和成分.结果表明随着时效时间的延长,焊点拉伸强度降低,拉伸断裂主要发生于Solder/IMC界面或/和IMC/IMC界面,而且断口形貌逐渐由韧窝状断口为主向解理型脆性断口转变.SEM研究发现,时效过程中界面IMC不断长大、增厚并呈针状或块状从Cu/Solder界面向焊点心部生长,时效1 000 h的焊点中IMC分层明显.半焊点结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder,同时,在靠近铜基体的IMC中有Kirkendall空洞存在.     

时效对BGA无铅焊点力学性能和断裂机制的影响

研究了时效和焊盘处理方式(OSP、Ni/Pd/Au)对BGA(球栅封装阵列)无铅焊点力学性能、IMC(界面化合物)生长及断裂机制的影响。结果表明:随着时效时间的延长,温度的升高,焊点的强度降低,IMC增厚,断裂亦由韧性断裂向脆性断裂转变;在相同条件下,焊点(Ni/Pd/Au)的剪切强度高于OSP处理的焊点。     

BGA焊点SAC305/ENEPIG/Cu界面反应演化及力学性能的尺寸效应

将直径为300、500和760μm的SAC305(Sn3.0Ag0.5Cu)焊球在ENEPIG/Cu焊盘上进行3次回流焊形成SAC305/ENEPIG/Cu焊点，并在185℃对焊点进行了时效(0～1000 h)处理，研究了焊球直径对回流及时效后微焊点界面金属间化合物(IMC)反应和演变的影响，分析了不同焊球直径的焊点在不同剪切速率下(0.2和20 mm/s)的剪切强度与断裂模式。结果表明：随焊球直径减小和时效时间延长，焊点界面金属间化合物(IMC)由单相(Cu, Ni)₆Sn₅向(Ni, Cu)₃Sn₄和(Cu, Ni)₆Sn₅两相演化，IMC生长速率随焊点尺寸的增大而减小，表现出明显尺寸效应；焊点剪切强度随剪切速率减小和时效时间增加而降低，且大尺寸焊点剪切强度的下降程度明显弱于小尺寸焊点，在高速(20 mm/s)剪切条件下，所有尺寸焊点时效300 h后断面均呈韧性断裂。     

Sn3.0Ag0.5Cu0.05Cr/Cu焊点界面IMC层热时效形貌及生长行为研究

研究了Sn3.0Ag0.5Cu0.05Cr焊料(SACCr)制成的Cu/Solder/Cu焊点在150℃时效0、168、500及1000 h下界面金属间化合物(IMC)层的形貌及生长行为,并与Sn3.0Ag0.5Cu(SAC)焊料的焊点进行了比较。结果表明,相对于SAC的焊点,SACCr中弥散或固溶分布的微量Cr延缓了焊点界面IMC层的生长。时效时间越长,Cr的阻抑效果越明显。150℃时效1000 h的Cu/SACCr/Cu焊点界面IMC层的平均厚度是Cu/SAC/Cu的45%,仅为5.13μm。     

电子封装微互连焊点力学行为的尺寸效应

研究了微互连模拟焊点在不同直径(d=200-575μm)和长度(l=75-525 μm)匹配条件下准静态微拉伸的力学行为.研究结果表明,焊点几何尺度因子d/l对焊点内的力学拘束及接头强度有重要影响;d/l增大时导致焊点中力学拘束和应力三轴度的提高,但接头强度并不完全符合Orowan近似公式的预测结果,保持l恒定而增加d时会出现强度变小的尺寸效应.研究结果还表明,无论无铅还是含铅钎料,其焊点拉伸强度与焊点体积(d2l)之间的变化关系符合反比例函数,即σF-Joint=1/Ad2l+B,焊点的强度随焊点体积的减小而显著增大,显示了焊点"越小越强"的"体积"尺寸效应.     

时效时间对Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点组织形貌及剪切性能的影响

研究了Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu复合钎料焊点在125 ℃时效不同时间后的微观组织和剪切性能。结果表明:随着时效时间的延长,Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点界面金属间化合物(IMCs)层厚度呈现增加的趋势,焊点界面IMCs层组织先生成Cu₆(In, Sn)₅相,同时焊点中生成少量的Ag₉In₄相,随着时效时间的延长,钎料与Cu原子进一步反应生成Cu₃(In, Sn),部分Ag₉In₄转变为Ag₃In。当时效时间为168 h,形成全IMCs焊点。焊点剪切强度随时效时间延长呈现先增大后减小的趋势,时效时间为120 h时剪切强度最大,达到15.38 MPa。     

电迁移极性效应及其对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊点拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和微拉伸实验,研究Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu对接焊点在不同电迁移时间下阳极、阴极界面金属间化合物(IMC)的生长演变规律及焊点抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行分析.结果表明:在电流密度(J)为1.78×104 A/cm2、温度为373 K的加载条件下,随着加载时间的延长,焊点界面IMC的生长呈现明显的极性效应,阳极界面IMC增厚,阴极界面IMC减薄,且阳极界面IMC的生长符合抛物线规律;同时,互连焊点的抗拉强度不断下降,焊点的断裂模式由塑性断裂逐渐向脆性断裂转变,断裂位置由焊点中心向阴极界面处转移.     

低银SnAgCuBi-xNi/Cu焊点塑性及蠕变性能

借助纳米压痕方法,基于压痕做功和压痕蠕变的原理,对SnAgCuBi-xNi/Cu(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)低银焊点的塑性和抗蠕变性能进行了研究.结果表明,在SnAgCuBi-xNi/Cu焊点中,Ni元素含量为0.05%和1%,焊点的硬度和塑性提高,抗蠕变性能变化不明显,Ni元素含量为0.15%和0.2%,焊点的硬度和抗蠕变性能提高,但焊点塑性下降.Ni元素的添加有利于提高SnAgCuBi/Cu焊点的高温稳定性.在150℃下经400 h老化,焊点的抗蠕变性能随着Ni元素含量的增加而增强,含镍焊点的硬度均高于SnAgCuBi/Cu焊点,Ni元素含量为0.1%的焊点塑性最好.     

加载速率和钎料厚度对SnAgCu/Cu焊点剪切行为影响

采用四种加载速率(1,0.1,0.01,0.001 mm/s),对四种钎料厚度(0.1,0.2,0.3,0.6 mm)的SnAgCu/Cu搭接焊点进行了剪切破坏试验,分析了不同加载速率以及钎料尺寸对焊点抗剪切性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了剪切试样断口形貌、裂纹的萌生位置及扩展路径,阐释了SnAgCu/Cu焊点断裂失效机理. 结果表明,加载速率在0.001~1 mm/s范围内,焊点抗剪切强度随加载速率的增加而增大,不同加载速率条件下焊点的断裂模式都为韧性断裂. 不同钎料厚度的SnAgCu/Cu焊点随着焊点厚度的减小,其抗剪切性能提高,表现出明显的体积效应,其裂纹萌生位置逐渐由焊点内部向IMC层转移. 焊点断口形貌为拉伸撕裂型伸长韧窝和剪切平面,断裂机理为微孔聚集型-纯剪切复合断裂.     

热时效对铜核SAC305微焊点组织及性能的影响

对Cu/Cu-cored+SAC305/Cu微焊点及Cu/SAC305/Cu微焊点进行不同时长的热时效试验.借助扫描电镜(SEM)、动态力学分析仪(DMA)等手段,分析热时效时间对两种结构钎料焊点界面显微组织及拉伸性能的影响.结果表明:随着热时效时间的增加,焊点界面组织晶粒逐渐粗化,IMC层逐渐增厚,焊点的抗拉强度不断...     

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%.     

Ag-Pd和Ni对无铅钎料焊点形状、微结构及剪切强度的影响

研究了器件端头两种不同的金属化层(Ag-Pd和Ni/Ag-Pd)对Sn-Sb钎料表面贴装焊点的形状、微结构及剪切强度的影响,并与常用的Sn-Pb-Ag钎料焊点进行了比较结果表明:Sn-Sb/Ag-Pd焊点由于Sn-Sb钎料与Ag-Pd层在回流焊接过程中的剧烈反应导致钎料在器件端头区域集中而不在Cu焊盘上充分铺展,焊点强度低,断裂发生在原Ag-Pd/陶瓷界面;Sn-Sb/Ni/Ag-Pd焊点中Ni有效地阻止了Ag-Pd在钎料中的溶解,焊点形状理想,强度很高;而对于Sn-Pb Ag钎料,器件金属化层对焊点形状和强度影响不大,剪切测试后,断裂发生在钎料内部     

热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu_6Sn_5/Cu界面处形成了一层Cu_3Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu_6Sn_5和Cu_3Sn IMC)明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。     

热迁移下Ni/Sn-xCu/Ni微焊点钎焊界面金属间化合物的演变

研究了240℃,温度梯度为1045℃/cm的热迁移条件下Cu含量对Ni/Sn-xCu/Ni(x=0.3、0.7、1.5,质量分数,%)微焊点钎焊界面反应的影响。结果表明,在热迁移过程中微焊点发生了界面金属间化合物(IMC)的非对称生长和转变以及Ni基体的非对称溶解。在Ni/Sn-0.3Cu/Ni微焊点中,虽然界面IMC类型始终为初始的(Ni,Cu)3Sn4,但出现冷端界面IMC厚度明显大于热端的非对称生长现象。在Ni/Sn-0.7Cu/Ni和Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点中,界面IMC类型逐渐由初始的(Cu,Ni)6Sn5转变为(Ni,Cu)3Sn4,且出现冷端滞后于热端的非对称转变现象;Ni/Sn-1.5Cu/Ni微焊点冷、热端发生IMC转变的时间均滞后于Ni/Sn-0.7Cu/Ni微焊点。通过分析微焊点冷、热端界面IMC生长所需Cu和Ni原子通量,确定Cu和Ni的热迁移方向均由热端指向冷端。微焊点中的Cu含量显著影响主热迁移元素的种类,进而影响冷、热端界面IMC的生长和转变规律。此外,热迁移促进了热端Ni原子向钎料中的扩散,加速了热端Ni基体的溶解,溶解到钎料中的Ni原子大部分迁移到冷端并参与界面反应。相反,热迁移显著抑制了冷端Ni原子的扩散,因此冷端Ni基体几乎不溶解。     

flash芯片SMT焊点抗高g值冲击性能分析

电子产品中电路板与芯片之间的焊点尺寸越来越小,在机械震动冲击过程中,焊点连接处是最容易被损坏的部位,为了研究机械震动冲击时SMT焊点抗高g(重力加速度约为10 m/s2)值冲击性能,利用霍普金森杆(Hopkinson bar)激光干涉仪对两片未灌封的动态参数测试的核心存储flash芯片的SMT焊点进行了抗高g值冲击性能试验.结果表明,flash芯片SMT焊点在无多次冲击情况下,可以抗高达1.3×105g的冲击加速度,在累积冲击情况下,SMT焊点的抗冲击加速度幅值能力迅速减弱.     

非对称结构Cu/Sn-58Bi/Cu焊点中电迁移致组织演变及损伤(英文)

采用原位SEM观察、FIB微区分析和有限元(FE)模拟研究了非对称结构Cu/Sn-58Bi/Cu微焊点中电迁移引起的组织演变及其损伤。结果表明,非对称结构微焊点中富Bi相偏聚和微裂纹等电迁移现象远比对称焊点中严重;FIB-SEM微观分析结果显示非对称焊点中沿电流方向上各个微区内电阻差异是导致焊点截面上电流非均匀分布和严重电迁移问题的关键因素,理论分析和模拟结果均表明电流拥挤容易发生在焊点内微区电阻较小的位置。     

磁控溅射Cu-Cr合金薄膜与Sn-Ag-Cu焊料在时效处理时的界面反应

采用磁控溅射的方式沉积不同Cr含量的Cu-Cr合金薄膜,通过与Sn-Ag-Cu(SAC)焊料在240 ℃下回焊形成焊点结构,然后将试样置于180 ℃下进行真空时效处理。研究Cu-Cr合金作为凸点下金属化(UBM)层时与SAC形成焊点的焊接可靠性。使用配备能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜和多功能推力测试仪等分析界面金属间化合物(IMC)的形貌及焊点的剪切强度。结果表明,SAC/Cu-Cr焊点结构在回焊后形成了不同于传统的SAC/Cu焊点扇贝状IMC的针状IMC。在时效处理后,Cr在晶界处的偏析形成了富铬层,其作为扩散阻挡层阻碍Cu扩散到IMC中,使得Cu₃Sn和柯肯达尔空洞的生长受到抑制。剪切强度测试结果表明,回焊后SAC/Cu-Cr试样比SAC/Cu试样具有更高的剪切强度。Cr靶电流为1.5 A的Cu-Cr合金UBM层形成的焊点结构具有较小的IMC厚度,且拥有最高的焊点剪切强度。证实了Cu-Cr 合金UBM层有利于提高焊接可靠性。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20084061基板材料对QFP焊点应力应变影响的数值模拟/张亮…//焊接学报.-2008,29(1):35~39采用粘塑性有限元法,针对三种不同基板材料,对Sn3.8Ag0.7Cu焊点的应力及应变进行分析。结果表明,FR-4基板对应焊点的最大应力集中在焊点最内侧的尖角处;LTCC基板对应焊点的最大应力集中在焊点最外侧的尖角处;PTFE基板对应焊点的最大应力集中在焊点和引线交界的尖角处。三种基板材料中,FR-4基板对应焊点的残余应力最小,LTCC基板对应焊点残余应力最大,PTFE基板对应焊点居中。运用Anand方程计算得出Sn37Pb钎料的分析结果和Sn3.8Ag0.7Cu钎料对应的结果具有相同的规律。对基板厚度进行的优化模拟计算结果表明,基板厚度为0.8mm时对应焊点的残余应力最大。图10表2参920084062Nb对镍基合金高温失塑裂纹敏感性的影响机理/唐正柱…//焊接学报.-2008,29(1):107~112通过应变-裂纹(STF)试验法测定临界开裂应变值和开裂温度,确定HS690焊丝中Nb含量对熔敷金属抗高温失塑裂纹(DDC)能力的影响规律,并采用透射电镜对焊丝熔敷金属中析出物的尺寸和形态进行了观察...     

先进封装中铜-铜低温键合技术研究进展

研究了回流焊点尺寸的减小对Sn-58Bi焊点显微组织形貌的影响,分析了在不同老化时间下焊点尺寸的减小对焊点界面微观组织的演变和剪切性能的影响. 结果表明,在相同的冷却条件下,焊点尺寸的减小造成焊点在凝固阶段有较大的过冷度,在焊点内形成大块的初生β-Sn相,使得不同尺寸焊点内锡相和铋相的晶粒尺寸分布产生差异. Cu原子扩散速率的差异,Sn-58Bi焊点尺寸的减小有利于回流后界面金属化合物(IMC)的生长,并且在老化条件下,300 μm焊点界面IMC的生长速率为0.324 μm/day^1/2,大于400 μm和760 μm焊点界面IMC的生长速率,300 μm焊点界面IMC需要更短的时间从扇贝状成长为平板状. 300 μm焊点中有更强的机械约束效应,导致300 μm焊点具有更高的抗剪切强度,回流后抗剪切强度达到了70.89 MPa,400 μm和760 μm焊点抗剪切强度分别为67.19 MPa和60.97 MPa.

     

时效对BGA无铅焊点抗剪强度和断裂模式的影响

测试了BGA(球栅阵列)板级封装Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点经时效后的抗剪强度,并采用三维超景深显微镜对全部试样焊点的断裂模式进行统计分析。对比研究不同时效温度、时效时间和焊盘处理方式(OSP,Ni/Pd/Au)对焊点抗剪强度及断裂模式的影响。试验结果表明:时效温度越高,时间越长,焊点的抗剪强度越低,在相同时效条件下,焊盘经Ni/Pd/Au处理的焊点抗剪强度高于经OSP处理的焊点抗剪强度;断裂模式随时效温度的升高和时间的延长,由焊球断裂向界面开裂及焊盘失效转变。