Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu6Sn5相.     

等温时效对Cu/Sn-3.5Ag/Ni(P)UBM互连焊接件界面微观组织及剪切性能的影响

Sn-3.5Ag焊料与Cu基板及化学镀Ni(P)板通过回流焊接形成Cu/Sn-3.5Ag/Ni(P)UBM互连结构,在200℃下对焊接件进行等温时效,针对电子器件的可靠性评估,研究等温时效对其界面微观组织和剪切性能的影响。用扫描电镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)对接头双界面形成的金属间化合物层的组织结构进行观察和分析,采用力学试验机测试接头的剪切强度,并通过SEM观察分析断裂特征。结果表明:随时效时间延长,焊料基体中二次相Ag_3Sn明显粗化,由小颗粒状转变为细条状;双界面化合物层逐渐变厚,两侧(Cu,Ni)_6Sn_5层的形貌趋于相似;接头剪切强度随时效时间延长而下降,由时效24 h的33.04 MPa降至时效144 h后的24.78 MPa;时效24~120 h后接头的剪切失效均为焊料内部的韧性断裂模式,时效144 h后,断裂模式转变为韧脆混合断裂,部分断裂面在焊料基体内部,部分在焊料与界面形成的化合物层内。     

微量元素Ce对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层异常生长的影响

研究了Ce元素对Sn20Bi0.7Cu 1.0Ag/Cu界面层组织异常生长的抑制机制.在铜基底上制备了Sn20Bi0.7Cu1.0Ag-xCe (x=0.01～0.20;％,质量分数)/Cu焊点.采用扫描电镜、金相显微镜观察了焊点界面的相组织结构、界面金属间化合物(IMC)层形貌,并测量了IMC层厚度.通过实验数据计算...     

微量稀土元素对Sn57BilAg焊料合金组织与性能的影响

研究微量稀土元素对Sn57Bil Ag无铅焊料合金显微组织以及性能的影响.结果表明,当稀土含量为0.05％ ～0.5％(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;可以提高焊料合金的力学性能,提高焊料的铺展面积,细化组织.比较Ce、Er、Y三种稀土元素对焊料合金的影响,发现Er元素可以更好地提高焊料合金的综合性能,Ce次之.     

OSP和Im-Sn镀层对Sn10Sb焊点微观结构和高速剪切性能的影响

Sn10Sb合金具有优良的热疲劳性能和相对较高的断裂强度,在对耐热疲劳有要求的细分市场中已得到广泛应用,但其焊点在不同焊盘镀层下的高速剪切性能仍缺少研究。为此,研究了有机可焊防护剂(OSP)和化学沉锡(Im-Sn)两种镀层对Sn10Sb(Sb的质量分数为10%)焊点在1 000 mm/s剪切速率下力学性能的影响。研究结果表明,相比于Sn10Sb块体合金,20～40μm的Sn-Sb化合物均匀分散在β-Sn基体中,而焊点由于熔化和凝固过程中热场不均匀导致Sn-Sb化合物大部分偏聚在表面上、少数聚集在其内部和界面,通过Ansys有限元模拟焊点升降温过程中的热场不均匀分布对该现象进行了解释。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDS)对焊点进行观察,发现两种镀层的焊点都由β-Sn基体、SnSb化合物和Cu₆Sn₅化合物组成。相比于Sn10Sb/OSP焊点,由于Sn10Sb/Im-Sn焊点基体内部有更多的SnSb化合物形成且界面处的Cu₆Sn₅层更薄,使得Sn10Sb/Im-Sn焊点的剪...     

镧对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织和性能的影响

运用莱卡显微镜、扫描电镜和能谱分析等仪器设备,研究添加微量La对Sn3.5Ag0.5Cu钎料组织性能的影响.结果表明,La能显著细化Sn3.5Ag0.5Cu钎料及其与Cu基体焊合后的IMC的显微组织,钎料剪切强度提高10.9%;键参数函数计算结果表明La具有"亲Sn"倾向,可降低IMC的长大驱动力.     

微量稀土元素对Sn57Bi1Ag焊料合金组织与性能的影响

研究微量稀土元素对Sn57Bi1Ag无铅焊料合金显微组织以及性能的影响。结果表明,当稀土含量为0.05%～0.5%(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;可以提高焊料合金的力学性能,提高焊料的铺展面积,细化组织。比较Ce、Er、Y三种稀土元素对焊料合金的影响,发现Er元素可以更好地提高焊料合金的综合性能,Ce次之。     

Ti—46.5Al—3.0Nb—2.1Cr—0.2W显微组织对疲劳和拉伸性能的影响

高强度和低比重高温结构航空材料的需求,促进了高合铝量钛基合金的发展、Ti3 Al基合金显示出高的比强值和弹性模量,然而这组合金并不优于最高使用温度的常用钛合金(Ti—1100,IMI834),因此,目前人们的兴趣集中在γ-TiAl基合金上.过去对两相γ-TiAl基合金的研究,着重于提高塑性、变形断裂、蠕变特性和韧性方面,而对疲劳特性的研究却很少.J.Kumpfert等人研究了一种新的两相γ合金Ti-46.5Al-3.ONb-2.1Cr-0.2W的室温和高温拉伸及疲劳性能.试验中采用壳式熔炼和铸造技术,制备了直径为70mm的20kg铸锭,铸锭在1200℃/3h和138MPa压力的氨气气氛下(为消除孔隙)进行热等静压(HIP)加工.从铸锭切取120mm长的坯料,分两阶段在1150℃等温锻造,中间进行一次退火,得到φ24mm×10mm的饼材.用光学显微镜(OM)观察饼材边部和中心的不均匀显微组织,用热差分析法(DTA)及金相法测定了α转变温     

回流次数和Ag含量对(Au-20Sn)-xAg/Cu焊接界面组织与剪切强度的影响

以(Au-20Sn)-x Ag(x=0,0.5,1,2)作为焊料,将2块纯铜板进行回流焊接,研究回流次数与焊料中的Ag含量对(Au-20Sn)-Ag/Cu焊接界面的组织与剪切强度的影响。结果表明:一次回流焊接后,焊接界面组织由(Au,Ag,Cu)5Sn组成,回流次数增加到50次时,界面出现Cu Au层,当回流次数增加到100次时,在靠近基板一侧出现Cu3Au层。添加Ag元素可抑制焊接界面金属间化合物层的生长。一次回流焊接的界面剪切强度随焊料中Ag含量增加而逐渐提高,(Au-20Sn)-x Ag/Cu(x=0,0.5,1,2)界面的剪切强度分别为92.14,93.59,95.65和98.43MPa。剪切强度随回流次数增加而降低,降低的幅度随Ag含量增加而减小。     

纳米压痕试验确定80Au/20Sn焊料蠕变参数

80Au/20Sn焊料合金被广泛用于微电子及光电子封装中,其焊料的蠕变性能对于器件的长期运行至关重要.描述蠕变行为的蠕变参数.对于求解蠕变本构模型及分析蠕变机制具有重要意义.在不同加载速率及不同温度下对80Au/20Sn焊料进行了恒加载速率/载荷纳米压痕试验,用半椭圆模型对出现"挤出"压痕的接触面积修正后由Oliver-Pharr法求得了不同温度下的弹性模量及硬度,基于压痕做功概念获得了蠕变参数.结果表明,基于压痕做功概念得到的蠕变应力指数和蠕变激活能与传统单轴拉伸蠕变测试结果相差在13%以内,说明该测试和分析方法能在一定程度上预测焊料的蠕变参数.     

Thermodynamic properties of the Cu−Sn and Cu−Au systems by mass spectrometry

The activities and partial molar heats of mixing have been determined in the liquid Cu?Sn system at 1320°C and the liquid Cu?Au system at 1460°C. The experimental technique consisted of the analysis of Knudsen cell effusates with a T.O.F. mass spectrometer. The ion current ratio for the alloy components was measured for each system over a range of temperature and composition and the thermodynamic values calculated by a modified Gibbs-Duhem equation. Both systems exhibited negative deviations from ideal behavior. The results can be partially represented by the equations $$\begin{gathered} \log \gamma _{Cu} = - 0.0175x^2 _{Sn} - 0.302 (0 \leqslant x_{Cu} \leqslant 0.20) \hfill \\ log \gamma _{Sn} = - 0.342x^2 _{Cu} + 1.084(0 \leqslant x_{Sn} \leqslant 0.20) \hfill \\ \end{gathered} $$ for the Cu?Sn system at 1320°C and by $$\begin{gathered} \log \gamma _{Cu} = - 0.703x^2 _{Au} - 0.083(0 \leqslant x_{Cu} \leqslant 0.52) \hfill \\ \log \gamma _{Au} = - 1.057x^2 _{Cu} + 0.098(0 \leqslant x_{Au} \leqslant 0.47) \hfill \\ \end{gathered} $$ for the Cu?Au system at 1460°C.     

溶胶-喷雾干燥W-10Cu和W-20Cu复合粉末烧结与组织性能研究

采用超细复合粉末直接烧结和传统W骨架熔渗两种方法制备W-10Cu、W-20Cu合金.研究两种方法制备的合金的致密化、显微组织与导电性能,并重点研究了超细复合粉末短时间内烧结和在高温烧结时的致密化行为.结果表明,超细W-10Cu、W-20Cu复合粉末在1200～1420℃烧结,相对密度均达到了99.1%,致密化与合金中的...     

粉末温轧工艺对W-20Cu合金密度和显微组织的影响

在W-Cu混合粉末中加入0.1%~2.0%(质量分数)的有机添加剂,在60~150℃温度下温轧成生板坯,然后进行液相烧结,获得W-20Cu合金板材。通过正交试验研究粉末轧制速度、轧制温度与添加剂含量对生板坯密度的影响,并对烧结板材的密度和显微组织进行分析与表征。结果表明,轧制温度与添加剂含量对粉末轧制板坯密度有显著影响,二轧制速度对生板坯密度的影响较小。随轧制温度升高,W-20Cu生板坯的密度增大,烧结板材的孔隙尺寸逐渐减小,孔隙率逐渐降低,烧结密度相应提高;随添加剂含量增加,板坯密度先升高后降低。在轧制温度为150℃,添加剂含量为0.3%时,生板坯的相对密度达到最大值85.38%,液相烧结后获得相对密度为99.65%的W-20Cu合金板材,金属Cu元素在钨基体中均匀、弥散分布。     

Effect of Sn on microstructure and mechanical properties of Ti-base dendrite/ultrafine-structured multicomponent alloys

Ti_57−x Cu₁₅Ni₁₄Sn_4+x Nb₁₀ (x = 0, 5, or 10) alloys were prepared by copper mold casting. At Sn = 4 at. pct, a dendrite/ultrafine-structured multicomponent alloy was obtained, which exhibits 1271 MPa yield strength, 77 GPa Young’s modulus, and 2 pct plasticity at room temperature for 3-mm-diameter samples. The cooling rate significantly affects the as-cast microstructure and the mechanical properties. For 5-mm-diameter samples, the alloy exhibits 1226 MPa yield strength, 63 GPa Young’s modulus, and 2.5 pct plasticity. At Sn = 9 at. pct, Ti-, Sn-, and Nb-rich particles precipitate primarily. This near-hypereutectic alloy composition leads to the precipitation of intermetallics, which deteriorate the mechanical properties and result in the coexistence of ductile and brittle fracture mechanisms. At Sn = 14 at. pct, the alloy composition is completely in the intermetallic region, thus inducing the formation of Ti₂Cu, Ti₂Ni, and Ti₃Sn intermetallics. The alloy becomes very brittle because the intermetallic compounds dominate the fracture process.     

Au/Sn界面互扩散特征

从扩散机制、扩散动力学、热力学以及相结构等方面,总结了室温范围内Au/Sn互扩散的主要特点。给出了Au/Sn互扩散中生成的AuSn,AuSn2,AuSn4等金属间化合物的主要性质。详细总结了不同Sn含量的Au/Sn扩散中,初始态、中间态和最终态的金属间化合物的形成次序、形貌、分布、演化等特征。采用热力学方法定量计算了不足量的Au或Sn的条件下Au/Sn扩散中各中间相的生成吉布斯自由能,较好地解释了中间相的演化规律。给出了Au/Sn扩散的扩散数据,以及主要中间相的生长特点,介绍了Kirkendall效应导致的相关效应。     

金锡合金的机械合金化

应用机械合金化的方法合成了AuSn20化合物,X射线衍射及扫描电镜分析表明主要化合物成分为AuSn和Su5Sn.并对合金化的过程进行了阐述.     

Sn含量对Cu基金刚石锯片胎体组织与硬度的影响

以Cu为基体,加入Co,Fe,Cr,Sn粉末,改变Sn含量,经过模压成形与热压,制备Cu基金刚石超薄切锯胎体材料,用显微硬度仪、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X线衍射(XRD)表征该胎体材料的显微硬度、组织和成分,研究Sn含量对胎体组织和硬度的影响。结果表明:采用烧结温度700℃、烧结压力8.2 MPa的工艺烧结出的胎体中,当Sn的质量分数为2%时,烧结Cu基锯片胎体平均硬度(HV0.1)最低为885.82 MPa;当Sn含量为12%时,烧结Cu基锯片胎体平均硬度最高为1 914.72 MPa。胎体中Sn含量从2%增加到6%,由于胎体中铜锡固溶体的含量增加,Cu基锯片胎体的平均硬度增加,胎体中Sn含量从8%增加到12%时,胎体中铜锡固溶体的含量减少,但是铜锡中间相含量增加,Cu基锯片胎体的平均硬度增加并达到最大值;胎体中Sn含量高于8%时,液态Sn会从胎体中流出,锯片与模具粘着严重,严重影响锯片成形率。