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.     

回流温度对单板/板级BGA无铅焊点的剪切力学行为影响

采用试验的方法研究回流温度对Sn3.0Ag0.5Cu,Sn0.3Ag0.7Cu,Sn0.3Ag0.7Cu-0.07La-0.05Ce三种无铅钎料在单板结构/板级结构中剪切性能的影响.结果表明,随着回流温度的升高,单板结构中高银焊点的抗剪强度最高且一直增加,低银焊点呈现出先增加后降低的趋势.板级结构中焊点的抗剪强度均随回流温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,其中添加稀土元素的低银焊点的抗剪强度最高.两种结构中焊点的至断位移均随回流温度的升高而降低.板级结构中,随着回流温度的升高,高银焊点的断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变,而低银焊点则一直为韧性断裂,其断裂位置向IMC方向移动.     

超低银SnAgCu钎料微焊点力学性能

研究了复合添加Ga/Nd元素对超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微焊点力学性能的影响. 结果表明,复合添加适量Ga/Nd元素可以显著改善微焊点界面组织,抑制微焊点界面附近金属间化合物的生成,从而提高微焊点的力学性能,相比母合金微焊点剪切力提高幅度达到约16%;微焊点的力学性能随着时效时间的增加而降低,降低幅度优于未添加Ga/Nd的微焊点. Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd钎料微焊点的力学性能在时效处理后仍保持较好的水平,已接近Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料微焊点的90%,具有良好的工业应用前景.     

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%。     

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.     

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...     

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.     

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.     

RE对SnAgCu钎料合金及焊点性能的影响

利用JSM-5610LV扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）等测量方法,研究了微量RE对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料的显微组织、润湿特性、拉伸强度及焊点剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明,向Sn-2.5Ag-0.7Cu中添加0.1%RE可明显细化钎料合金的显微组织,改善钎料合金的润湿特性,提高钎料合金的抗拉强度、伸长率及焊点剪切强度,增加焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.5%时,由于形成了RE化合物而明显恶化钎料合金的性能。     

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%。     

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.     

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-...     

微焊点纳米压痕循环力学行为与承受载荷的关联性

通过对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu微焊点进行循环加载-卸载方式的纳米压痕试验,研究了焊点循环力学行为与承受最大载荷的关联性.结果表明,循环F-h曲线在闭合前表现为1个迟滞回环,随着最大载荷的增加,焊点迟滞回环的面积和残余压痕深度增大;当最大载荷一定时,迟滞回环的面积及残余压痕深度增量随着加载次数的增加逐渐减小;微焊点的压痕蠕变C随最大载荷的增大而不断降低,同时随加载次数的增加先急剧减小而后逐渐趋于平稳.Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点的压痕蠕变低于Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu焊点的蠕变量.     

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%.     

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。     

Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-xNi的润湿特性

采用润湿平衡法,选用商用水洗钎剂研究了Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE-x Ni钎料合金在Cu引线和Cu基板上的润湿特性。结果表明,当Ni添加量为0.05%~0.1%时,Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE钎料合金中在Cu引线上具有较短的润湿时间,较小的润湿角,较大的润湿力;在Cu基板上具有较小的润湿角和较大的铺展面积;焊点界面区Cu6Sn5厚度小而平整;其润湿特性满足现代表面组装技术对无铅钎料润湿性能的要求。     

Bi含量对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微观组织 及接头性能的影响

以Sn-0.3Ag-0.7Cu低银无铅钎料为研究对象,添加不同量的Bi(1.0％～4.5％)元素,和Cu盘进行钎焊,取部分试样进行高温时效处理.观察分析了Bi对钎料微观组织结构的影响,以及Bi对焊接接头界面金属间化合物(IMC)显微形貌演变、生长动力学和接头剪切强度的影响.研究结果表明;Bi元素的加入使钎料基体内晶粒尺寸变得细化而均匀,且随着Bi含量的增加可以显著提高钎料钎焊接头的剪切强度,断口经过扫描电镜观察发现剪切断面均沿着剪切方向有明显的塑性变形,这表明焊点中发生的是塑性断裂;高温时效试验表明,钎料基体中Bi的存在降低了界面IMC的生长速率,且随着Bi含量的增加,抑制IMC生长的作用越大.但是过量的Bi会使组织粗化,且对IMC生长的抑制作用反而会变差.IMC层厚度随着时效时间的延长明显增加,断裂机制很快由钎料基体的韧性断裂逐渐变为界面IMC的脆性断裂,使焊接接头的剪切强度明显下降.     

时效温度对Sn-0.7Cu-xFe钎焊接头可靠性的影响

研究了时效温度对钎料Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头微观组织和接头拉伸强度及断口形貌的影响规律。结果表明:随着时效温度提高,焊点组织粗化,钎料中Cu_6Sn_5化合物形貌由针状向棒状转变,且长大趋势较明显,Fe颗粒的添加可以延缓时效过程中Sn-0.7Cu-x Fe接头微观组织中Cu_6Sn_5的粗化程度;钎焊接头抗拉强度随着时效温度提高呈现下降趋势,且在相同时效温度下钎料Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头抗拉强度均高于Sn-0.7Cu;随着时效温度提高,Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-0.05Fe钎料钎焊接头断口形貌主要由韧窝和河流解理花样组成,接头的断裂机制随时效温度的升高由塑性断裂逐渐转变为脆性断裂。     

时效温度对Sn-0.7Cu-xFe钎焊接头可靠性的影响北大核心

研究了时效温度对钎料Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头微观组织和接头拉伸强度及断口形貌的影响规律。结果表明:随着时效温度提高,焊点组织粗化,钎料中Cu_6Sn_5化合物形貌由针状向棒状转变,且长大趋势较明显,Fe颗粒的添加可以延缓时效过程中Sn-0.7Cu-x Fe接头微观组织中Cu_6Sn_5的粗化程度;钎焊接头抗拉强度随着时效温度提高呈现下降趋势,且在相同时效温度下钎料Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头抗拉强度均高于Sn-0.7Cu;随着时效温度提高,Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-0.05Fe钎料钎焊接头断口形貌主要由韧窝和河流解理花样组成,接头的断裂机制随时效温度的升高由塑性断裂逐渐转变为脆性断裂。     

熔体结构转变对Sn-Ag-Cu-xCe钎料性能的影响

以Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料为对象,研究熔体结构转变和稀土元素Ce的添加对钎料性能的影响。研究发现Sn-3.8Ag-0.7Cu-xCe存在温度诱导的液-液结构转变,且经过熔体过热处理的钎料凝固组织较为细化,组织分布更加均匀,钎料的润湿性能和接头的剪切强度也得到提高;同时熔体结构转变还能够改善焊后界面IMC的形态。Ce的添加对钎料凝固组织有一定的影响,当Ce的质量分数大于0.2%时,随着Ce含量的增加,组织逐渐变得粗大、不均匀;另外,随着Ce含量的增加,钎料的润湿性能和接头剪切强度均呈先增加后降低的趋势,在试验范围内,当Ce的质量分数为0.2%时,钎料的润湿性能最佳,接头剪切强度最高。熔体结构转变和微量的Ce的添加均可以改善Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的性能。