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。     

SAC305/Cu微焊点界面金属间化合物生长速率

界面金属间化合物(IMC)的生长速率是影响钎焊接头可靠性的重要因素. 文中研究了焊点尺寸、时效温度及镍镀层对SAC305/Cu微焊点界面IMC生长速率的影响. 结果表明,焊球尺寸为200,300,400和500 μm,时效温度为100,130,160 ℃条件下,界面IMC层厚度生长速率随时效时间平方根数值的升高而增长. 焊点尺寸由小变大,界面IMC层厚度更薄,IMC的生长速率也更小. 随着时效温度的升高,界面IMC生长速率增大. 镍镀层对界面IMC的生长速率有明显的抑制作用,即降低IMC生长速率,使其增厚变缓.     

微焊点Cu/SAC305/Cu固-液界面反应及电迁移行为

研究了电迁移过程中Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点界面金属间化合物（IMC）的生长演变机制,分析了电载荷作用下固-液电迁移与固-固电迁移的区别. 结果表明,固-液电迁移过程中,随着加载时间的延长,两极IMC层厚度均增厚,且阳极IMC层厚度增长速率比阴极大;阴极侧IMC晶粒径向尺寸一直增大,轴向尺寸呈先增大后减小的变化规律,阳极侧IMC晶粒的尺寸在轴向与径向均增大;加载过程中,阳极IMC晶粒尺寸始终大于阴极;与固-固电迁移相比,固-液电迁移后,阴极侧,焊点IMC形貌更规则,且表面光滑度提高;阳极侧,固-固扩散时界面IMC晶粒形貌为多边形球状,而固-液扩散时界面IMC形貌为多边形柱状.     

β-Sn晶粒取向及温度对Cu/SAC305/Cu微焊点时效界面反应的影响

为了探究不同等温时效温度下β-Sn晶粒取向及晶界特征对界面反应的影响,采用准原位观测手段对不同Sn取向的Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu(Cu/SAC305/Cu)微焊点进行研究. 结果表明,在不同温度下时效时,微焊点两侧界面IMC(Cu₆Sn₅ + Cu₃Sn两相)自始至终呈现对称性生长,表明时效过程中β-Sn晶粒取向及晶界的存在不会影响界面反应. 但是随着时效温度的升高,界面IMC的形貌和厚度发生明显变化. 在100 ℃时效后,界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的不连续的Cu₃Sn层;在125 ℃时效后,界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的连续的Cu₃Sn层;而在150 ℃时效后,界面IMC由层状Cu₆Sn₅和层状Cu₃Sn双层结构组成. 时效温度的升高促使Cu和Sn原子扩散加快,促进了扇贝状Cu₆Sn₅向层状转变并造成Cu₃Sn的快速生长. 同时,基于界面IMC厚度随时效时间的演变规律,获得了不同时效温度下微焊点界面IMC生长曲线,可为Sn基微焊点的可靠性评价提供依据.     

扩散连接Al/Cu/0Cr18Ni9Ti复合材料界面生长机理研究

采用真空热压扩散连接法制备出冶金结合的钢铜铝复合材料,采用电解腐蚀法对所制备的复合材料从铜侧进行分层腐蚀,并结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)对所腐蚀德连接界面的各个扩散层进行了形貌、成分、相分析.结果表明铜/铝界面,从铜侧到铝侧以次为铝在铜中的固溶体,Cu9Al4和CuAl2;不锈钢/铜界面为铜在不锈钢中的固溶体.研究得到了适用于本实验条件下的铝铜金属间化合物生长方式.     

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

在电子封装过程中,钎料与基体之间形成金属间化合物层,其主要成分为Cu₆Sn₅,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能. 采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点,使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析. 结果表明,Cu₆Sn₅的平均粒径正比于t0.38(t为回流时间), 界面化合物层的平均厚度正比于t0.32. 随着回流时间的增加,界面化合物生长速度变慢,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布更加均匀. 回流时间较长的样品中Cu₆Sn₅的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符,而对于回流时间短的样品,晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大. 统计结果显示,出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值. 最后讨论了界面Cu₆Sn₅晶粒的生长机制,分析了回流时间对界面Cu₆Sn₅晶粒生长方式的影响.     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

锌对SnxZn/Cu界面微空洞的影响

通过向锡钎料中添加不同含量的Zn元素,系统研究了锌对SnxZn/Cu(x=0,0.2,0.5,0.8(质量分数,％))界面处柯肯达尔空洞形成的影响.结果表明,经热老化处理后,纯Sn/Cu接头中的Cu3 Sn层和Cu3 Sn/Cu界面出现了大量柯肯达尔空洞.然而随着Zn元素含量的增加,反应界面处的Cu3Sn层逐渐变薄甚至消失,柯肯达尔空洞也随之显著减少或消失;锌在反应界面处的富集现象越来越显著.锌参与了界面反应,形成了(Cu,Zn)6Sn5相、Cu6(Sn,Zn)5相和Cu-Zn固溶合金,其中Cu-Zn固溶合金层可以显著影响铜的界面扩散.Zn元素直接参与了界面扩散,在很大程度上缓和铜和锡的不平衡扩散,从而有效抑制了柯肯达尔空洞的形成.     

钛合金/Cu/不锈钢扩散焊界面化合物生长行为解析

采用拉伸、SEM扫描、能谱分析、XRD测试、热–动力学解析等手段,调查、研究了钛合金/Cu/304 扩散焊接头的力学性能、反应相种类、生成顺序及生长厚度. 结果表明,在焊接压力5.0 MPa下,接头的抗拉强度随焊接温度和时间的增加先增高后降低,在焊接温度1 223 K、时间3.6 ks时获得最高接头强度为163 MPa;过分提高温度和时间对接头性能不利. 用铜作中间层,在Cu/304界面侧基本未生成金属间化合物,而在钛合金/Cu界面间形成了由固溶体、金属间化合物Ti_xCu_y,Ti_xFe_y等组成的多层次过渡组织;由钛合金至不锈钢侧界面结构演化依次大致为Ti₂Cu,TiCu,TiCu₂,TiCu₃,TiCu₄,Ti₂Fe、FeTi,TiFe₂金属间化合物;生成的金属间化合物中Ti_xCu_y对接头强度的影响略显强于Ti_xFe_y化合物的趋势;根据推导的经验公式,通过调控温度及时间可以调控金属间化合物的层厚.     

Sn-6.5Zn/Cu焊点时效过程中的界面特征与结构演变

研究150°C等温时效对Sn-6.5Zn/Cu焊点微观结构特征与显微硬度的影响,分析界面金属间化合物的形成与演变机制。结果表明：Sn-6.5Zn/Cu焊点界面化合物层由CuZn和Cu5Zn8组成;随着等温时效时间的延长,化合物层的厚度表现为先增大、后减小的趋势;长时间的高温时效会导致Cu-Zn金属间化合物的分解,并破坏界面连续致密的化合物层。在局部破坏的界面区Cu基体处形成不连续的Cu6Sn5化合物层;时效后界面粗化并形成明显的孔洞。时效导致界面显微硬度不同程度的增大。     

Effect of electromigration and isothermal aging on interfacial microstructure and tensile fracture behavior of SAC305/Cu solder joint

The Cu/Sn-3.OAg-0.5Cu/Cu butting solder joints were fabricated to investigate the evolution of the interfacial intermetallic compound(IMC) and the degradation of the tensile strength of solder joints under the effect of electromigration(EM) and aging processes.Scanning electron microscopy(SEM) results indicated that the Cu_6Sn_5 interfacial IMC presented obvious asymmetrical growth with the increase of EM time under current density of 1.78×10~4 A/cm~2 at 100℃,and the growth of anodic IMC presented a parabolic relationship with time while the cathodic IMC got thinner gradually.However,as for aging samples at 100℃ without current stressing,the Cu_6Sn_5 IMC presented a symmetrical growth with a slower rate than the anodic IMC of EM samples.The tensile results indicated that the tensile strength of the solder joints under current stress declined more drastic with time than the aging samples,and the fracture mode transformed from ductile fracture to brittle fracture quickly while the fracture mode of aging samples transformed from cup-cone shaped fracture to microporous gathering fracture in a slow way.     

Microstructural characterization of the Al/Cu/steel diffusion bonded joint

A vacuum hot-pressed diffusion method was used to prepare an Al/Cu/steel composite with a gradient structure. The Al/Cu interface was investigated layer by layer by means of scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, electron probe microanalysis, and Vickers microhardness. The results show that two kinds of intermetallic compounds, Cu₉Al₄ adjacent to the Cu side and CuAl₂ adjacent to the Al side, are formed in the interface of Al/Cu. The conductivity is 0.369 mS/cm in the intermetallic compound with a thickness of 3.5 μm, higher than that of the intermetallic compound with a thickness of 23 μm, in which the conductivity is 0.242 mS/cm.     

Numeric simulation of thickness of intermetallic compounds in interface zone of diffusion bonding for Cu and Al

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｏｐｐｅｒａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓ ｔｒｙａｎｄｔｈｅｉｒｊｏｉｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｔｈｅｍｅｔａｌｗｅｌｄｉｎｇ .Ｂｒａｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏａｄｖｅｒｓｅｆｏｒｃｏｐｐｅｒ’ｓｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｒａｔｅｉｓｈｉｇｈ ,ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆ ｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｃｏｐｐｅｒａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｄｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｆｏｒｍｏｘｉｄａｔ…     

铋对SAC305−xBi/Cu焊接接头显微组织、热性能、力学性能和界面行为的影响

通过添加1％ 和2％(质量分数)的Bi提高SAC305焊接接头的性能,并研究Bi掺杂对SAC305?xBi/Cu焊接接头显微组织、热性能和力学性能的影响.Bi掺杂通过细化初始β-Sn和共晶相改善焊接接头的显微组织.当Bi含量低于2％ 时,Bi溶解到β-Sn基体中形成固溶体;而当Bi含量等于或高于2％时,β-Sn基体中形...     

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...     

空位对Cu/Sn无铅焊点界面元素扩散的影响

界面柯肯达尔空洞形成的过程伴随着空位的形成与扩散,对空位行为的研究有利于深入理解界面扩散和空洞形成过程. 运用分子动力学方法模拟Cu/Cu₃Sn界面上空位对扩散的影响,计算空位形成能、扩散势垒及空位扩散激活能. 结果表明,相同条件下含空位的模型发生扩散的几率要高于不含空位的模型. 另外,计算表明铜晶体的空位形成能大于Cu₃Sn晶体中铜空位的形成能;Cu₃Sn晶格中不同晶位的Cu空位(Cu1空位和Cu2空位)的形成能比较接近,但均小于锡的空位形成能. 此外,对Cu/Cu₃Sn界面的空位扩散势垒及空位扩散激活能的计算结果表明,Sn原子的空位扩散激活能高于Cu原子.     

Ti/Cu/Ti火焰加热扩散钎焊界面组织分析

用保护膜防护，并施加一定压力可实现Ti／Cu／Ti氧-乙炔焰加热扩散钎焊。通过BSE(背散射电子衍射)、EDS(电镜线扫描)、拉伸试验等测试手段对Ti／Cu／Ti钎焊接头组织、成分及结合强度测定的结果表明，在试验温度下，接头中Cu、Ti之间发生了剧烈的扩散。加热温度为840-870℃时，钎缝界面中部组织由Cu4Ti与Cu(Tj)固溶体组成，结合强度较高。加热温度为870-900℃时，钎缝界面中部组织由CuTi与Cu4Ti Cu(Ti)固溶体组成，结合强度较低。钎焊结合强度与加热温度相关。