SnAgCu/Cu和SnPb/Cu界面热-剪切循环条件下化合物的生长行为

对热剪切循环条件下Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu和Sn-Pb/Cu界面上原子扩散和化合物的生长行为进行了研究。结果表明:再流焊后,在两界面上均形成一种Cu6Sn5化合物;随着热剪切循环周数的增加,两界面上化合物的形态均从扇贝状向层状生长,其厚度随循环周数的增加而增加,且生长基本遵循抛物线规律,说明Cu原子的扩散控制了Cu6Sn5化合物的生长。界面近域的钎料内,颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状。     

Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面的显微结构

研究了热-剪切循环条件下Sn-3．5Ag-0．5Cu钎料／Cu界面的显微结构，分析了界面金属间化合物的生长行为，并与恒温时效后的Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面进行了对比。结果表明：恒温时效至100h，Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上已形成Cu6Sn5和Cu3Sn两层金属间化合物；而热-剪切循环至720周Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上只存在Cu6Sn5金属间化合物层，无Cu3Sn层生成，在界面近域的钎料内，颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状；在热-剪切循环和恒温时效过程中，界面金属间化合物的形态初始都为扇贝状，随着时效时间的延长逐渐趋于平缓，最终以层状形式生长。     

热-剪切循环条件下Sn3.5Ag0.5Cu/Ni界面化合物生长行为

对热-剪切循环条件下（25—125℃）Sn3．5Ago．5Cu／Ni界面上原子扩散和化合物的生长行为进行了研究,并将其与恒温时效条件下界面化合物的生长行为进行了比较。结果表明,再流焊后,在Sn3．5Ag0．5Cu／Ni界面上形成（CuxNi1-x）6Sn5化合物;随着热-剪切循环周数的增加,（CuxNi1-x）6Sn5化合物形态从笋状向平面状生长;热-剪切循环200周后,（NixCu1-x）Sn3码化合物在（CuxNi1-x）6Sn5化合物周围形成并呈片状快速长大。界面近域的钎料内,颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状。界面金属间化合物的厚度随循环周数的增加而增加,且生长基本遵循抛物线规律,说明Cu原子的扩散控制了（CuxNi1-x）6Sn5化合物的生长。     

Sn-2．5Ag-0．7Cu-0．1RE／Cu时效点界面IMC的生长行为

采用扫描电镜及X射线衍射等检测手段,研究了Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu在时效过程中界面区金属间化合物(IMC)的形成和生长特点.试验结果表明,钎焊接头在85、125、150 ℃时效时,在靠近Cu侧形成层状Cu3Sn IMC.随时效时间延长,钎焊后形成的波浪状Cu6Sn5 IMC转变为较大尺寸的扇贝状,然后再转变为层状.时效过程中钎焊界面Cu6Sn5IMC和Cu3Sn IMC的生长厚度均与时效时间的平方根呈线性关系,其生长受扩散机制控制,激活能分别为81.7和92.3 kJ/mol.     

Sn-2．5Ag-0．7Cu（0．1RE）／Cu焊点界面区微观组织与Cu6Sn5的生长动力学

利用X射线衍射分析仪、JSM-5610LV扫描电镜及能谱分析研究钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属问化合物的生长行为.结果表明:钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随着时效时间的延长,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%稀土元素能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,可改变焊点裂纹的起源位置,提高其可靠性.     

Sn-9Zn钎料与内加Cu质点和Cu基体界面生长行为

在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu金属质点,研究在长时间钎焊条件下钎料/Cu质点、钎料/Cu基体界面金属间化合物（IMCs）的生长行为。结果表明：在钎料/Cu质点和钎料/Cu基体界面处都生成Cu-Zn相（IMCs）,其组成为Cu5Zn8＋CuZn或Cu5Zn8,而且钎料/质点界面处IMCs的生长速度明显快于钎料/基体处;同时发现,Cu质点的加入大大减小了钎料/Cu基体界面IMCs的厚度。由于Cu质点原位生成Cu-Zn IMCs,消耗了焊点中的Zn,因此Sn-9Zn/Cu接头的可靠性得以提高。     

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%。     

镀镍多壁碳纳米管对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料焊点界面行为的影响

采用机械混合法制备了不同含量(0、0.05、0.1、0.2、0.5wt%)镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs)复合Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)无铅钎料。采用F4N回流炉对SAC305-x(Ni-CNTs)钎料进行回流焊,利用电热鼓风干燥箱对焊点试样进行170 ℃时效(t=0、48 h)处理。结合DTA、SEM、EDS等分析手段研究了不同镀镍碳纳米管含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性、熔点和焊点界面金属间化合物(IMC)层的影响。结果表明:Ni-CNTs可以显著改善钎料的润湿性,降低钎料熔点;此外,Ni-CNTs可以有效抑制界面IMC层的生长,同时改变界面IMC组成。综合比较得出Ni-CNTs最佳添加量为0.05%,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,润湿角降低49.76%,熔点降低0.331 ℃;时效后界面IMC层厚度4.292 μm(t=0 h)、5.238 μm(t=48 h)相对于SAC305钎料界面IMC厚度6.529 μm(t=0 h)、8.255 μm(t=48 h)分别降低了34.26%(t=0 h)、36.55%(t=48 h),界面IMC层相组成转变为(Cu_1-xNi_x)₆Sn₅和(Cu_1-xNi_x)₃Sn。     

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.     

微量锌对Sn-3.5Ag无铅钎料/铜界面金属间化合物生长的抑制

在钎焊和时效条件下,研究了Sn-3.5Ag无铅钎料中添加0.2%的Zn元素后对钎料/铜界面组织形貌的影响.结果表明,钎焊条件下,将0.2%的Zn元素加入到Sn-3.5Ag钎料中对Cu-Sn间的金属间化合物及其扇贝形形状不产生影响.时效处理后,0.2%Zn元素的加入对界面IMC层的厚度、组成及形态都有影响.在Sn-3.5...     

Thermal reliabilities of Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.1Al2O3/Cu solder joint

The effects of trace addition of Al₂O₃ nanoparticles (NPs) on thermal reliabilities of Sn-0.5Ag-0.7Cu/Cu solder joints were investigated. Experimental results showed that trace addition of Al₂O₃ NPs could increase the isotheraml aging (IA) and thermal cyclic (TC) lifetimes of Sn-0.5Ag-0.7Cu/Cu joint from 662 to 787 h, and from 1597 to 1824 cycles, respectively. Also, trace addition of Al₂O₃ NPs could slow down the shear force reduction of solder joint during thermal services, which was attributed to the pinning effect of Al₂O₃ NPs on hindering the growth of grains and interfacial intermetallic compounds (IMCs). Theoretically, the growth coefficients of interfacial IMCs in IA process were calculated to be decreased from 1.61×10^-10 to 0.79×10^-10 cm²/h in IA process, and from 0.92×10^-10 to 0.53×10^-10 cm²/h in TC process. This indicated that trace addition of Al₂O₃ NPs can improve both IA and TC reliabilities of Sn-0.5Ag- 0.7Cu/Cu joint, and a little more obvious in IA reliability.     

Interfacial reactions and mechanical properties between Sn-4.0Ag-0.5Cu and Sn-4.0Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.01Ge lead-free solders with the Au/Ni/Cu substrate

Sn-4.0Ag-0.5Cu (SAC) and Sn-4.0Ag-0.5Cu-0.05Ni-0.01Ge (SACNG) lead-free solders reacting with the Au/Ni/Cu multi-layer substrate were investigated in this study. All reaction couples were reflowed at 240 and 255 °C for a few minutes and then aged at 150 °C for 100-500 h. The (Cu, Ni, Au)₆Sn₅ phase was formed by reflowing for 3 min at the interface. If the reflowing time was increased to 10 min, both (Cu, Ni, Au)₆Sn₅ and (Ni, Cu, Au)₃Sn₄ phases formed at the interface. The AuSn₄ phase was found in the solder for all reaction couples. An addition of Ni and Ge to the solder does not significantly affect the IMC formation. After a long period of heat-treatment, the thickness of the (Cu, Ni, Au)₆Sn₅ and (Ni, Cu, Au)₃Sn₄ phases increased and the intermetallic compounds (IMCs) growth mechanism obeyed the parabolic law and the IMC growth mechanism was diffusion-controlled. The mechanical strengths for both the soldered joints decreased with increasing thermal aging time. The SACNG/Au/Ni/Cu couple had better mechanical strength than that in the SAC/Au/Ni/Cu couple.     

Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料压入蠕变性能的研究

对Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料在温度为50～100 ℃,应力为16.7～43.2 MPa条件下的压入蠕变性能进行研究.得到压入蠕变的应力指数n=3.181、蠕变激活能Q=59.189 kJ/mol、材料的结构常数A=0.423.获得Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料稳态压入蠕变速率本构方程:(ε)=0.423σ3.181exp(-59189/RT).随着温度和应力的增加,Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料的压入蠕变速率明显增加,蠕变后Ag3Sn、Cu6Sn5相明显变粗变短.Ag3Sn和Cu6Sn5可强化基体,提高(-Sn基体的抗压入蠕变性能.     

Combined effects of Bi and Sb elements on microstructure,thermal and mechanical properties of Sn-0.7Ag-0.5Cu solder alloys

This research investigated the combined effects of addition of Bi and Sb elements on the microstructure, thermal properties, ultimate tensile strength, ductility, and hardness of Sn-0.7Ag-0.5Cu (SAC0705) solder alloys. The results indicated that the addition of Bi and Sb significantly reduced the undercooling of solders, refined the β-Sn phase and extended the eutectic areas of the solders. Moreover, the formation of SbSn and Bi phases in the solder matrix affected the mechanical properties of the solder. With the addition of 3 wt.% Bi and 3 wt.% Sb, the ultimate tensile strength and hardness of the SAC0705 base alloy increased from 31.26 MPa and 15.07 HV to 63.15 MPa and 23.68 HV, respectively. Ductility decreased due to grain boundary strengthening, solid solution strengthening, and precipitation strengthening effects, and the change in the fracture mechanism of the solder alloys.     

稀土Er对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料合金组织与性能的影响

研究稀土Er含量对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅焊料合金显微组织以及性能的影响。结果表明：当Er含量为0．05％～0．50％（质量分数）时，对该无铅焊料合金的导电性和腐蚀性影响不大，但使熔化区间温度降低：当Er含量为0．05％时，焊点剪切强度最高；当Er含量为0．10％时，焊料铺展面积最大，焊料润湿性有所改善，同时焊料的拉伸强度达到最高；当Er含量为0．25％时，伸长率最大。随着Er含量的增加，该焊料合金的组织由树枝晶向等轴晶转变，且组织逐渐细化。Er的较佳添加量为0．05％～0．25％。