Cu6Sn5纳米颗粒对SAC3005/Cu焊点形貌和性能的影响

研究了添加Cu₆Sn₅纳米颗粒对SAC3005焊料焊点金属间化合物的形貌和性能的影响。采用湿化学法制备Cu₆Sn₅纳米颗粒,将Cu₆Sn₅纳米颗粒添加到SAC3005焊料中,经回流焊后,制备SAC3005-xCu₆Sn₅(x=0%,0.12%,0.18%,质量分数)复合焊点。采用金相显微镜对焊点的横断面进行观察,对焊点的横断面金属间化合物(IMCs)进行测量。采用ANSYS有限元软件对界面IMCs模型进行模拟,分析印刷电路板(PCB板)焊点失效机理。结果表明：添加Cu₆Sn₅纳米颗粒改性SAC3005/Cu焊点后的IMCs层厚度变薄。Cu₆Sn₅纳米颗粒的加入抑制了回流焊接过程中IMCs的生长,提高了焊点的可靠性。Cu₆Sn₅纳米颗粒的添加阻碍了Sn原子和Cu原子在界面处的扩散,抑制...     

波峰焊及再流焊无铅焊点组织演变规律的研究

以电子封装线上的波峰焊无铅焊点Sn-0.7Cu/Cu、回流焊无铅焊点Sn-3Ag-0.5Cu/Cu为对象,研究了150 ℃时效过程中无铅焊点处金属间化合物(IMC)、焊料合金组织的演化规律及界面处金属间化合物生长的动力学.试验结果表明:两种无铅焊点处IMC层的厚度随着时效时间的延长而增加,IMC层的生长基本上符合抛物线规律,因此IMC层的长大受元素扩散控制;且两种无铅焊点处IMC层的生长速率常数相近,但Sn-0.7Cu焊料中Sn的晶粒尺寸较Sn-3Ag-0.5Cu中的大;长期时效后,在试样的IMC层内发现有孔洞产生.     

回流焊对SnAgCu焊点IMC及剪切强度的影响

研究了回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNi/Cu(x=0,0.05)焊点的界面反应及其剪切强度的影响。结果表明:随着回流焊次数的增加,界面金属间化合物(IMC)Cu6Sn5和(Cu1-xNix)6Sn5的厚度均增加。在钎料中添加w(Ni)为0.05%,可有效抑制IMC的生长,与回流焊次数无关。回流焊次数对Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.05Ni/Cu的剪切强度影响都不大,五次回流焊后剪切强度略有下降,剪切强度分别为21MPa和25MPa。发现断裂面部分在钎料中,部分在钎料和IMC之间。     

航天电子微焊点液-固界面反应过程中的尺寸效应与工艺优化

针对微型化趋势下焊球的尺寸效应问题,研究了航天电子微焊点互连工艺过程中液-固界面反应与微观组织的影响规律,并对互连工艺进行了优化.具体研究了不同直径(200、400μm)的Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-37Pb焊球分别在球栅阵列(BGA)器件侧金属化层(电镀Ni/Au)上进行单侧植球回流焊后的尺寸效应现象.研究结果表明:Sn-37Pb焊点界面处生成针状或短棒状的Ni₃Sn₄类型的金属间化合物(IMC)晶粒;Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点界面处生成不规则的块状(Cu,Ni)₆Sn₅晶粒.两种类型的焊点在液-固界面反应过程中均表现出明显的尺寸效应现象,即焊球尺寸越小,界面生成的IMC晶粒直径越大,IMC层越厚.基于建立的浓度梯度控制(CGC)界面反应理论模型,揭示了界面反应尺寸效应产生的原因与界面反应进程中界面溶质原子的浓度梯度相关,较小尺寸焊点界面处的溶质原子浓度梯度较小,溶质原子扩散通量较低,形成的界面IMC晶粒较大.基于CGC界面反应理论模型,对200μm直径Sn-3.0Ag-0.5Cu焊...     

Sn-37Pb焊球与Ni/NiP UBM界面反应特性研究

通过对共晶锡铅焊球与Ni/NiP UBM层扫描电镜界面微观组织观察和成分分析,研究了Sn-37Pb/Ni和Sn-37Pb/NiPUBM焊点界面反应特性。研究表明芯片侧界面IMC由Ni层到焊料的顺序为:靠近Ni层界面化合物为(Ni,Cu)_3Sn,靠近焊料侧化合物为(Cu,Ni)_6Sn_5;PCB板侧界面IMC包括靠近NiP层的NiSnP化合物和靠近焊料侧的(Cu,Ni)_6Sn_5化合物,NiSnP是由于Ni的扩散形成。PCB板侧NiP镀层中存在微裂纹缺陷,此裂纹缺陷会导致金属间化合物中产生裂纹,从而对焊点力学性能和可靠性产生不良的影响。     

微量Ce对SnAgCu焊料与铜基界面IMC的影响

配制了w(Ce)为0.1%和不加Ce的两种Sn-3.5Ag-0.7Cu焊料。在443K恒温时效,研究Ce对焊料与铜基板界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果发现,焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效5d后,两种焊料界面均发现有Cu3Sn形成。随着时效时间的增加,界面化合物的厚度也不断增加。焊料中添加w为0.1%的Ce后,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长,生长速率降低近1/2。并且,界面IMC的形成与生长均由扩散机制控制。     

封装中无铅焊锡与不锈钢及铁镍的界面反应

文章介绍了Sn、Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC)、Sn-0.7Cu(SC)、Sn-9Zn(SZ)、Sn-58Bi(SB)等五种无铅焊锡与金/镍/不锈钢(Au/Ni/SUS304)与铁-42wt%Ni(Alloy42)基材的界面反应。在不锈钢基材方面:与Sn反应仅生成Ni3Sn4相,与SAC反应初期生成Ni3Sn4相。随反应时间增长则生成(Cu,Ni)6Sn5相且剥离界面;另于界面处则有FeSn2相生成。与SC反应则生成层状(Cu,Ni)6Sn5相,随反应延长产生大规模剥离,并在界面生成FeSn2相。仅有Ni5Zn21相生成于SZ/Au//Ni/SUS304系统。SB/Au//Ni/SUS304系统也仅有Ni3Sn4相生成。在Alloy42基材方面:与纯Sn的界面反应仅生成FeSn2相。SAC焊锡与Alloy42基材反应生成(Fe,Ni,Cu)Sn2相,随反应时间延长该相形态变成连续及块状两层结构。在SC/Alloy42反应系统中仅观察到FeSn2相的生成。仅有(Ni,Fe)5Zn21层生成于SZ/Alloy42系统。与SC/Alloy42系统相似,与SB/Alloy42系统只有FeSn2相的生成,并无其他介金属相的生成。     

Sn0.7Cu-xEr/Cu焊点界面反应及其化合物层生长行为研究

通过回流焊工艺制备了Sn0.7Cu-x Er/Cu(x=0,0.1,0.5)钎焊接头,研究钎焊温度及等温时效时间对接头的界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:Sn0.7Cu钎料中微量稀土Er元素的添加,能有效抑制钎焊及时效过程中界面IMC的形成与生长。在等温时效处理过程中,随着时效时间的延长,界面反应IMC层不断增厚,在相同时效处理条件下,Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的厚度略小于Sn0.7Cu0.1Er/Cu焊点界面的厚度。通过线性拟合方法,得到Sn0.7Cu0.1Er/Cu和Sn0.7Cu0.5Er/Cu焊点界面IMC层的生长速率常数分别为3.03×10–17 m2/s和2.67×10–17 m2/s。     

Sn-Ag-Cu焊点IMC生长规律及可靠性研究

Sn-Ag-Cu焊料目前是最有希望替代Pb-Sn合金的焊料.在回流焊过程和电子产品服役过程中,Sn-Ag-Cu焊料与基体金属间形成的金属间化合物(IMC)及其演变是影响焊点可靠性的主要因素之一.本文针对Sn-Ag-Cu焊料与Cu和Au/Ni/Cu界面形成的IMC,分析其回流和时效过程中IMC的变化规律.     

微量Ni对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料及焊点界面的影响

研究了Ni的含量对无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu润湿性、熔点、重熔及老化条件下界面化合物(IMC)的影响。结果表明:微量Ni的加入使SnAgCu润湿力增加6%;使合金熔点略升高约3℃;重熔时在界面形成了(Cu,Ni)6Sn5IMC层,且IMC厚度远高于SnAgCu/Cu的Cu6Sn5IMC厚度。在150℃老化过程中,SnAgCuNi/Cu重熔焊点IMC随着时间的增加,其增幅小于SnAgCu/Cu的增幅,此时Ni对IMC的增长有一定抑制作用。     

Sn3.8Ag0.7Cu和Sn37Pb焊点界面显微结构研究

利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究了Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点在时效过程中的界面金属间化合物（IMC）形貌和成份。结果表明：150℃高温时效50、100、200、500h后,Sn3.8Ag0.7Cu（Sn37Pb）/Cu焊点界面IMC尺寸和厚度增加明显,IMC颗粒间的沟槽越来越小。50h时效后界面出现双层IMC结构,靠近焊料的上层为Cu6Sn5,邻近基板的下层为Cu3Sn。之后利用透射电镜观察了Sn37Pb/Ni和Sn3.8Ag0.7Cu/Ni样品焊点界面,结果显示,焊点界面清晰,IMC晶粒明显。     

回流次数对Sn3.8Ag0.7Cu-xNi/Ni焊点的影响

研究了复合无铅焊料Sn3.8Ag0.7Cu-xNi(x=0.5,1.0,2.0)与Au/Ni/Cu焊盘在不同回流次数下形成的焊点的性能.结果表明,Ni颗粒增强的复合焊料具有良好的润湿性能,熔点小于222℃;X为0.5的焊料界面IMC由针状(CuNi)6Sn5演化为双层IMC,即多面体状化合物(CuNi)6Sn5和回飞棒...     

微波功率器件中AuGe合金焊接界面特征

在微观尺度上,焊点的可靠性取决于焊料同焊盘之间界面反应生成的界面金属间化合物(IMC)的结构。通过金锗合金焊点的界面反应及微观结构随环境的变化表征了焊点的可靠性,研究了AuGe合金焊料与不同金层厚度的Ni/Au焊盘共晶焊接后其界面特征,同时总结了AuGe合金焊料在Cu和Ni等常见焊盘上的焊接润湿性及其焊接界面特征。切片分析结果显示,在共晶焊接后,厚金样品焊接界面冷却时焊料层析出富Au相形成不规则焊接结合层,Au层厚度减薄50%～60%;薄金样品的Au层全部消失,并在界面处形成很薄的一层富Ni的NiGe化合物。实验结果显示,厚Au层样品未出现Ni向焊接层扩散的现象和NiGe化合物的生成,厚Au层起到了阻挡层作用;薄金样品时,Ni通过互扩散缓慢与Ge形成NiGe化合物,在长期使用中焊接层会通过元素扩散等形式演变,使整个焊接层转变为含氧化层、富P层、NiGe层和AuCuGe合金层等多层结构的IMC,降低了焊点强度,严重影响焊接层可靠性。这说明IMC在焊接过程中主要以界面化学反应方式形成,服役过程中主要以元素扩散方式演变。     

P元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性、润湿性以及显微组织的影响

为改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性和润湿性差的问题,在钎料中添加了P元素,研究了微量P元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料抗氧化性、润湿性以及显微组织的影响。制备了含不同质量分数P元素的Sn-0.3Ag-0.7Cu-xP (x=0%, 0.005%, 0.010%, 0.015%, 0.020%)钎料。以实验的方式测试了钎料的抗氧化性以及润湿性,并使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察了显微组织。结果表明：随着P含量的增加,钎料的抗氧化性和润湿性显著提高。当P含量达到0.020%时,与不添加P元素的钎料相比,在250℃保温30 min后的氧化渣质量由2.25 g减少到0.79 g。此时,钎料的铺展面积和润湿力也达到最大,分别为65.74 mm²和5.04 mN,润湿时间为0.96 s。添加微量P元素未改变钎料的相组成,其显微组织主要由β-Sn、Ag₃Sn与Cu₆Sn₅三种相构成。随着P含量的增加,Ag₃Sn的形态由粒状向片状转变。     

SiC基IGBT高铅焊料芯片固晶层的热冲击失效机理

目前大功率SiC IGBT器件常用高熔点的高铅焊料作为固晶材料，为保证功率器件的长期使用，需研究温度冲击条件下高铅焊点的疲劳可靠性，并探究其失效机理。采用Pb92.5Sn5Ag2.5作为SiC芯片和基板的固晶材料，探究温度冲击对固晶结构中互连层疲劳失效的影响。结果表明，温度冲击会促进焊料与SiC芯片背面的Ti/Ni Ag镀层反应生成的块状Ag₃Sn从芯片/焊料层界面往焊料基体内部扩散，而焊料与Cu界面反应生成的扇贝状Cu₃Sn后形成的富Pb层阻止了Cu和Sn的扩散反应，Cu₃Sn没有继续生长。750次温度冲击后，焊料中的Ag与Sn发生反应生成Ag₃Sn网络导致焊点偏析，性质由韧变脆，焊点剪切强度从29.45 MPa降低到22.51 MPa。温度冲击模拟结果表明，芯片/焊料界面边角处集中的塑性应变能和不规则块状Ag₃Sn导致此处易开裂。     

对Cu焊区的倒装芯片凸点下金属化系统的研究

本文研究了采用化学镀铜（E-Cu）和化学镀镍（E-Ni)方法制作的Cu焊区上倒装芯片焊料凸点用的UBM材料系统，还研究了UBM与Sn-36Pb-2Ag焊料之间的界面反应对焊料凸点连接可靠性的影响，以优化Cu焊区上倒装芯片用的UBM材料。对于E-CuUBM来说，在焊料/E-Cu界面上形成贝壳状的Cu6Sn5金属互化物（IMC），在较小的载荷下沿这个界面发生凸点断裂。与此相反，在E-Nie-Cu UBM的情况下，E-Ni成为一个好的扩散阻挡层。E-Ni有效地限制了IMC在该界面上的生长，而多边形形状的Ni3Sn4IMC产生比E-CuUBM高的附着强度。因此，化学镀沉积的UBM系统被成功地证明可作为低成本的Cu焊区上UBM方法。发现E-NiE-CuUBM材料是比E-Cu UBM更好的Cu焊区上倒装芯片焊料互连的材料。     

IMC生长对无铅焊球可靠性的影响

通过模拟及实验研究了IMC层及其生长对无铅焊点可靠性的影响.采用回流焊将无铅焊球(Sn3.5Ag0.7Cu)焊接到PCB板的铜焊盘上,通过-55～125℃的热循环实验,获得了IMC厚度经不同热循环次数后的生长规律.采用有限元法模拟了热循环过程中IMC厚度生长对无铅BGA焊点中应力变化的影响,并由能量疲劳模型预测了无铅焊点寿命.计算结果显示,考虑IMC层生长所预测的焊点热疲劳寿命比不考虑IMC层生长时缩短约30%.     

Sn-9Zn合金无铅钎料用助焊剂研究

通过测量润湿面积和润湿角,研究不同助焊剂对Sn-9Zn焊料润湿性的影响。结果表明:助焊剂对Sn-9Zn焊料润湿性影响很大,由乳酸、聚乙二醇和SnCl2所构成的助焊剂与Sn-9Zn焊料有很好适应性;同时扫描电镜和能谱分析也表明焊料与Cu基体界面的IMC为Cu5Zn8相,比Sn-37Pb焊料具有更高的剪切强度。     

Sn-9Zn/Cu 焊点界面反应及其化合物生长行为

通过扫描电镜(SEM)等手段研究了Sn-9Zn/Cu在不同浸焊时间与时效时间等条件下的界面反应及其金属间化合物(IMC)生长行为。结果表明:在浸焊后,Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面形成了扇贝状的界面化合物Cu5Zn8,IMC层厚度随着浸焊时间与时效处理时间的增加而增加,未时效处理的焊点界面IMC与铜基板接触的一面较为平直,而与钎料接触的一侧呈现出锯齿状,随着时效时间的增加,界面变得越来越不平整;另外在IMC层与焊料之间产生裂缝现象,分析认为是由于钎料与IMC之间的热膨胀系数差异导致热应力形成裂缝。浸焊600 s后的试样在时效15 d后IMC层与Cu基板接触侧产生了与初始金属间化合物Cu5Zn8不同的三元化合物Cu6(Sn,Zn)5。     

微量Ag、Bi、Ni对无铅微焊点固-液界面扩散的影响

为了获得微量元素Ag、Bi、Ni对无铅微焊点固-液界面扩散行为的影响规律,以低银无铅微焊点Cu/SAC0705+Bi+Ni/Cu为主要研究对象,并与Cu/SAC0705/Cu及高银钎料Cu/SAC305/Cu进行对比。研究了三种成分焊点固-液扩散后界面IMC的生长演变行为,并分析了Ag、Bi、Ni对微焊点固-液扩散的影响。研究结果表明:钎料中微量元素Ag、Bi、Ni添加可细化界面IMC晶粒,对提高界面强度有利。长时间的固-液时效过程中,界面IMC的生长速率主要取决于界面IMC的晶粒尺寸。Cu/SAC0705+Bi+Ni/Cu焊点界面IMC晶粒尺寸最小,界面IMC生长速率最大,为11.74μm/h。Cu/SAC0705/Cu焊点界面IMC晶粒尺寸最大,界面IMC生长速率最慢,其数值为1.24μm/h。