铟含量对Sn-Bi-In钎料性能及钎焊界面组织的影响

制备了Sn-(20-x)Bi-xIn(x=0,1,2,3,4,5,质量分数/%)钎料,分析了其熔化性能和润湿性能,并在铜基体上进行了钎焊试验,研究了铟含量对钎焊界面显微组织的影响。结果表明：随着铟含量的增加,钎料的熔点降低,当铟质量分数为5%时钎料中几乎不形成共晶组织;钎料的润湿角随铟含量增加先减小后增大,润湿面积先增大后减小,当铟质量分数为4%时钎料的润湿性最好;随着铟含量增加,钎焊界面金属间化合物层的厚度增大,金属间化合物由Cu₆Sn₅转变为Cu₆Sn₅和Cu₆(InSn)₅。     

电子封装中Au80Sn20焊料与镀层之间的相互作用及组织演变

电子元器件常通过镀层提高可焊性,主要包括Au、Ni、Cu、Au/Ni(Ti)、Au/Pt/Ti、Au/TiW等。Au80Sn20焊料是电子封装中的常用材料,文中总结了AuSn焊料与镀层之间的相互作用及组织演变。润湿性主要取决于AuSn焊料表面的氧化以及镀层在AuSn焊料中的溶解速度,Cu、Pt的原子结构与Au相似,以置换原子的形式溶解在AuSn焊料中,Ti与AuSn焊料之间的润湿性较差。AuSn焊料与镀层发生界面反应生成(Ni,Au)₃Sn₂、ζ-(Au,Cu)₅Sn、Au₅Sn、Ni₃Sn₄等金属间化合物（IMC）,IMC的形成和组织演变与焊点结构、工艺参数、服役条件等因素有关。     

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.     

填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料的70% SiCp/Al复合材料钎焊接头组织性能研究

针对高体积分数SiC_p/Al复合材料加工性差的问题,填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料对70%SiC_p/Al复合材料进行了钎焊,探索了钎焊温度、保温时间和焊接压力对接头组织和性能的影响。在700℃、60 min和10 MPa条件下钎焊所得接头剪切强度最高,其值为119 MPa,断裂发生在复合材料上,断口中大量的韧窝显示出韧性断裂特征。研究结果表明,温度不低于650℃时可获得Ti₇Al₅Si₁₂界面层及其原位增强的钎缝。保温时间对接头组织结构具有一定的影响,在700℃下焊接且保温时间不少于60 min时,界面处优先生成连续的Ti₇Al₅Si₁₂化合物界面层,再生成Ti(Al,Si)₃化合物,随着时间的延长,Ti₇Al₅Si₁₂化合物有破碎、疏松的倾向,保温时间为60min时所得接头剪切强度最高,其接头组织结构为“复合材料/Ti<...     

微量钕对Sn-6.5Zn/铜焊点界面组织与性能的影响

采用SEM、EDS和拉伸-剪切试验等方法研究了微量稀土元素钕对Sn-6.5Zn-xNd(x=0,0.1,0.5)钎料/铜焊点界面组织,重点是界面金属间化合物(IMC)特征及结合性能的影响。结果表明:在Sn-6.5Zn合金中添加微量钕具有明显的变质作用,能够促进界面形成均匀细密的Cu5Zn8IMC层;钕添加量的增加对界面IMC尺寸与分布没有产生明显影响;钕添加量为0.1%(质量分数,下同)时能显著改善钎料/铜焊点结合性能,而当添加量为0.5%时,界面处稀土化合物的聚集会导致焊点结合性能下降。     

铝-钢异质金属双光束激光焊接IMC层迁移行为及对界面性能的影响

利用双光束激光熔-钎焊焊接方法开展了AA7075/DP590异质金属的连接,通过改变激光功率等焊接工艺发现熔钎焊接头显微组织中存在金属间化合物(Intermetallic compound, IMC)层脱离铝-钢界面整体迁移进入焊缝内部的特殊现象,迁移现象位于激光直接作用区域,数值模拟发现激光直接作用下的熔池剧烈流动驱动了IMC的迁移。对迁移部分IMC层物相表征分析发现,近铝-钢界面处发生迁移的IMC层形貌呈致密平板状,与铝-钢界面处IMC层相似,由η相组成;迁移深入焊缝内部的IMC层内有裂纹、断裂产生,由θ相组成,裂纹处存在铝焊缝组织长入,发生迁移的IMC层内部存在η相与θ相的过渡区。拉伸结果表明,IMC层迁移现象的出现会削弱焊接接头铝-钢界面处的强度,这是因为界面初生的IMC层薄弱,止裂能力差,所以控制IMC层迁移有利于提高接头力学性能。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/ENEPIG焊点界面反应及剪切性能的尺寸效应

将直径分别为200,300,400μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球在化学镍/钯/金(ENEPIG)焊盘上进行多次(1,3,5,7次)钎焊回流形成Sn-3.0 Ag-0.5 Cu/ENEPIG焊点,并对回流3次的焊点进行不同温度(75,100,125℃)的时效处理,研究了焊球尺寸对钎焊回流及时效处理后焊点界面组织及剪切强度的影响.结果表明:钎焊回流和时效处理后,焊点界面金属间化合物层的厚度及焊点的剪切强度均随焊球直径的增大而降低,二者表现出明显的尺寸效应;在焊球尺寸相同的条件下,回流次数的增加和时效温度的升高均会导致界面金属间化合物层厚度的增加,以及焊点剪切强度的降低.     

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔钎焊C/C复合材料与TiAl合金

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔状钎料进行C/C复合材料与TiAl合金的钎焊,实现了良好的界面结合,保证了接头的高温力学性能。研究结果表明:钎焊过程中,首先在Ti/Ni界面处接触反应形成低熔共晶液相,Cu元素的溶解促进了钎料的完全熔化和扩散,接头组织一般为C/C/TiC/Al_2(Cu,Ni)Ti_3C/Ti(Cu,Ni)+Al(Cu,Ni)_2Ti/Al(Cu,Ni)Ti+Ti_3Al/TiAl,Ti(Cu,Ni)基体相和球状弥散分布的Al(Cu,Ni)_2Ti相是钎缝的主要组成部分。当钎焊温度较低或者保温时间较短时,由于钎缝中生成了大量的脆性Ti2Ni相,降低了接头的力学性能;当钎焊温度较高或保温时间较长时,C/C复合材料母材界面处开裂,且TiC层从母材脱落,也削弱了接头的抗剪强度。当钎焊温度为980℃,保温时间为10 min时,C/C复合材料与TiAl合金的接头室温抗剪强度达到最大值18 MPa,600℃时接头的高温抗剪强度达到22 MPa。     

微量铬添加与快速凝固对Sn-9Zn合金钎料及钎料/铜焊点界面特性的影响

通过真空熔炼制备Sn-9Zn和Sn-9Zn-0.1Cr(质量分数/%)合金钎料,并利用单辊法得到快速凝固态Sn-9Zn-0.1Cr合金钎料,研究了微量铬添加和快速凝固对钎料显微组织、润湿性能、耐腐蚀性能,以及钎料/铜焊点界面金属间化合物(IMC)层在85℃时效过程中生长动力学的影响。结果表明：添加质量分数0.1%铬能够抑制Sn-9Zn合金钎料中富锌相的聚集并细化共晶组织,提高合金钎料的最大润湿力并缩短润湿时间,抑制钎料/铜焊点界面IMC层的生成以及在时效过程中的过度生长;快速凝固态Sn-9Zn-0.1Cr合金钎料中富锌相呈颗粒状弥散分布于β-Sn枝晶中,组织更加细小均匀,耐腐蚀性能显著改善,但界面IMC层在85℃时效过程中的生长速率相比于熔炼态合金钎料略有增大。     

热输入对铝合金/不锈钢双丝冷金属过渡熔钎焊接头组织及性能的影响

采用双丝冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对5083铝合金和304不锈钢进行对接焊试验,在保证焊缝成形良好的条件下,研究了焊接热输入对接头金属间化合物(IMC)层厚度和拉伸性能的影响,并与单丝CMT熔钎焊接头进行对比。结果表明：双丝和单丝CMT熔钎焊接头焊缝获得良好成形质量的热输入范围分别为213.8～486.0,379.6～590.6 J·mm^-1;双丝CMT和单丝CMT熔钎焊接头界面处的IMC均为FeAl₃相;随着热输入的增加,单丝或双丝CMT熔钎焊接头IMC层厚度增加,抗拉强度降低;单丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为9.59μm,此时接头的抗拉强度最大,为76 MPa,而双丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为3.36μm,此时接头的抗拉强度最大,为109 MPa。     

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。     

含铋焊料的板级可靠性研究

为确认某型含铋焊料球CBGA的可靠性,并依据焊料特性制定合适的焊接工艺,文章通过对印制板焊点的检查、测试,对比了锡铅焊料、含铋焊料(Sn46Pb46Bi8)的剪切力、合金元素分布、IMC层状态,观察了老化试验前后含铋焊料焊点剪切力、合金元素分布、IMC层状态的变化。研究表明含铋焊料各方面性能与锡铅焊料相当,老化试验后焊点性能未发生严重衰减。文章最后依据Sn46Pb46Bi8焊料特性,修改了CBGA焊盘设计、优化了焊接工艺。     

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。     

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.     

基于机器学习的回流焊焊点形貌预测

提出一种基于机器学习预测回流焊焊点形貌的方法,通过该方法建立一个针对钽电容回流焊焊点形貌的预测模型,该模型为现有实验方式提供了新的思路。通过峰值温度、降温速率和焊膏厚度3种影响因素以及焊点厚度、焊点宽度和焊料爬高3种评价焊点形貌的评价标准,分别基于BPNN和LightGBM算法建立钽电容回流焊焊点形貌预测模型。对比实验证明,通过LightGBM算法建立的预测模型优于通过BPNN建立的预测模型,并通过实际测试帮助实验人员减少实验次数,节约大量时间成本。     

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。     

功率芯片高导热导电胶接技术研究

金锡焊料(20Sn/80Au)具有较高的导热率,常用于功率器件的焊接。但金锡焊料的焊接温度高,在焊接过程中常会导致砷化镓(GaAs)功率芯片损坏,因此文中选用了一种新型的高导热导电胶代替金锡焊料,将功率芯片粘接在热沉上,并进行相关工艺研究。与金锡焊料相比,高导热导电胶具有相同的散热能力,但生产操作温度可由300℃下降至200℃。文中还研究了高导热导电胶固化参数与胶透率的关系,以及环境试验对芯片剪切力的影响。结果表明,高导热导电胶可以代替金锡焊料,满足功率芯片的散热和连接可靠性要求。     

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.     

铝基复合钎料钎焊机理

采用Cu/Al-Si/Cu式复合钎料,在不同温度下钎焊铝及其合金,通过钎焊接头金相图片和电子探针对焊缝线扫描,分析接头反应结合情况,研究钎焊接头在此条件下共晶反应特征以及铜和硅的扩散特点。研究表明,铜的加入能够显著降低钎焊温度,从而有效保护钎焊母材。不同的钎焊温度,钎焊接头表现出不同的共晶反应,且共晶液相的产生极大地促进了铜和硅的扩散能力。首先内侧发生Al-Si-Cu三元共晶反应,随着钎焊温度超过548℃,铝和铜之间发生二元共晶反应,接头反应能够充分进行,得到较为理想的接触反应区。     

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.