稀土Pr对低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga钎料蠕变行为影响的研究

为进一步促进电子封装用低银无铅钎料的发展,本文采用纳米压痕法研究了新型含Pr低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga (SAC-Ga)钎料显微组织与蠕变性能之间的关系。结果表明,SAC-Ga、SAC-Ga-0.06Pr、SAC-Ga-0.5Pr三种钎料的蠕变位移分别为1717 nm、1144 nm、1472 nm;稀土Pr可通过细化Cu₆Sn₅金属间化合物并促使其均匀分布从而明显提高SAC-Ga钎料的蠕变强度;与SAC-Ga-0.06Pr钎料相比,SAC-Ga-0.5Pr由于过量稀土Pr的表面氧化而导致其蠕变强度有所下降。此外,本文采用Dorn模型研究了含Pr的SAC-Ga钎料的室温蠕变行为并计算了对应的钎料蠕变应力指数n;阐明了Pr对SAC-Ga钎料蠕变强度的强化机理,即当位错遇到细小且均匀分布的Cu₆Sn₅ 金属间化合物时,位错移动只能采用绕过机制,从而提高了含Pr低银钎料的抗蠕变性能。     

稀土Pr对Sn-Cu合金钎料组织及性能的影响

研究了含量为(0wt%,0.1wt%,0.2wt%,0.5wt%)的稀土Pr对Sn-0.7Cu钎料组织及性能的影响,并采用X射线衍射仪和扫描电镜对添加Pr稀土元素前后钎料的微观组织进行了分析。结果表明:适量添加稀土Pr可以降低液态钎料表面张力,改善钎料的润湿性能、拉伸性能和蠕变性能;适量的稀土元素与Sn、Cu形成的Sn-Cu-Pr三元共晶组织减少了金属间化合物Cu_6Sn_5的生成,且其与Cu_6Sn_5呈弥散分布,对基体组织起到了细晶强化和弥散强化的作用。Pr在Sn-0.7Cu钎料中的最佳添加量为0.1wt%左右。     

Mn、Zn对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料接头组织和性能的影响

研究了微量元素Mn和Zn对低银Sn-Ag-Cu无铅钎料钎焊接头组织和性能的影响。结果表明,Mn和Zn可使钎焊界面金属间化合物层(Cu3Sn和Cu6Sn5)变得薄而均匀;其可以增加低银钎料的钎焊接头的拉伸强度和剪切强度,最佳元素添加量为0.2%Zn和0.05%Mn(质量分数);断口形貌显示其接头为塑性断裂破坏。Mn、Zn的添加,使得钎料组织的方向性生长状态弱化,同时,可以抑制Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物层在高温环境下的时效长大或粗化,表明其对接头的稳定可靠性也具有改善作用。     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

纳米铝颗粒增强Sn1.0Ag0.5Cu钎料性能及机理

通过机械混合的方法，制备Sn1.0Ag0.5Cu-xAl复合钎料.采用DSC、STR-1000型微焊点强度测试仪及SEM，研究了纳米铝颗粒对低银Sn1.0Ag0.5Cu钎料组织与性能的影响.结果表明，微量纳米铝颗粒的添加对钎料的熔化温度影响较小，其熔点均在226.9~229.0℃之间.随着纳米Al元素含量的增加，钎料的润湿角逐渐减小，力学性能逐渐增加，当纳米Al元素的添加量为0.1%时，焊点的拉伸力达到最大，为7.1 N.此外，Sn1.0Ag0.5Cu-0.1Al钎料的内部组织得到显著细化，焊点界面金属间化合物的生长也得到明显抑制，主要归因于纳米颗粒对金属间化合物生长的吸附作用.     

RE含量及环境条件对SnAgCu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响

采用搭接面积为1mm^2的微型接头，研究了Ce-La混合稀土（RE）含量和环境条件对Sn2．5Ag0．7CuxRE钎料钎焊接头蠕变断裂寿命的影响。结果表明：添加微量RE可改变钎焊接头界面层金属间化合物的几何尺寸及形态，从而影响SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.1％时（质量分数，下同），焊点界面金属间化合物尺寸小且均匀，蠕变断裂寿命最长，为SnAgCu焊点蠕变断裂寿命的8．4倍，其值明显高于商用钎料Sn3．8Ag0．7Cu焊点的蠕变断裂寿命。在相同条件下，焊点的服役温度升高、应力增加，将导致焊点的蠕变断裂寿命下降。     

稀土镧钕对Ti15Cu15Ni钎料硬度及TC4接头抗剪强度的影响

在Ti15Cu15Ni钎料合金基础上添加微量稀土镧钕,以应用普遍的TC4为母材,研究稀土镧钕添加量对钎料合金及钎焊接头性能的影响.结果表明,稀土相分布于α-Ti及金属间化合物的相界,阻碍位错运动,使钎料硬度增加,在稀土含量为1%时达到最大40HRC.稀土镧钕对Ti15Cu15Ni抗剪强度具有较大影响,稀土含量小于0.5%时,抗剪强度随稀土含量增加而增加;稀土含量大于0.5%时,随着稀土含量增加,钎料合金抗剪强度呈下降趋势.当稀土含量等于0.5%时,抗剪强度达到最大为244.55 MPa.     

Sn-0.7Cu-1In无铅钎料压入蠕变行为研究

采用自制的蠕变装置研究了Sn-0.7Cu-1In无铅钎料在不同温度和压力下的压入蠕变性能,利用SEM和XRD对合金蠕变前后微观组织进行观察和分析。结果表明,随温度或应力的增加,合金的蠕变速率增大。In的加入可以增大金属间化合物与液态钎料间的界面能,使平衡状态下Cu6Sn5晶粒长大受阻,抑制高温下β-Sn枝晶相的长大,对基体起到弥散强化和细晶强化作用,提高钎料的抗蠕变性能。     

La对Sn-Ag-Cu无铅钎料与铜钎焊接头金属间化合物的影响

研究微量稀土La在钎焊和时效过程中对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料与铜基板的钎焊界面及钎料内部金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响.结果表明:钎焊后钎焊界面形成连续的扇形Cu6Sn5化合物层,其厚度随La含量的增加而减小;在150℃时效100h后,连续的Cu3Sn化合物层在Cu6Sn5化合物层和铜基板之间析出,且Cu6Sn5层里嵌有Ag3Sn颗粒;界面金属间化合物总厚度随时效时间的延长而增厚,且在相同时效条件下随La含量的增加而减小;时效过程中金属间化合物生长动力学的时间系数(n)随着La含量的增加逐渐增大;钎焊后钎料内部Ag仍以共晶形式存在,时效后Ag3Sn颗粒沿钎料内部的共晶组织网络析出.     

SnAgCuEr系稀土无铅钎料的显微组织

系统研究了添加微量稀土Er对Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料合金显微组织和性能的影响.试验发现,微量Er的添加,使Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金的熔化温度稍有降低,铺展面积有所增加,抗剪强度有所提高.通过显微组织观察,加Er后网状共晶物体积百分比增大,初晶金属间化合物(IMC)的尺寸变小.微量Er抑制了时效过程钎料与铜基体界面IMC层(IML)的增厚,时效400 h后差别更明显,有利于提高钎料接头的可靠性.指出含微量稀土的SnAgCuEr合金是性能优良的无铅钎料合金.     

Pr,Nd对Sn0.3Ag0.7Cu0.5Ga无铅钎料显微组织的影响

分析了添加两种稀土元素Pr,Nd对Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga无铅钎料基体组织、焊点界面组织的影响并测定了焊点抗剪强度.结果表明,在该钎料中分别添加Pr,Nd元素可以改善钎料的显微组织,且加入Pr元素的效果优于Nd.添加Pr元素的钎料基体组织中金属间化合物分布均匀,而后者易在晶界处产生“区域”状金属间化合物,成为裂纹的发源地.稀土元素的吸附作用可以降低钎料与铜基板界面反应的剧烈程度,从而改善界面的形貌.添加Pr元素的钎料可以更好地与铜基板结合,从而提高了焊点的抗剪强度.     

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料润湿性能和微焊点力学性能的影响

采用润湿平衡法研究了微量稀土Pr元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu在Cu基板上润湿性能的影响规律,并借助STR-1000型微焊点强度测试对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr微焊点的力学性能。结果表明,随着稀土Pr含量的增加,钎料在Cu基板上的润湿力逐渐增加,润湿时间缩短。当Pr的质量分数在0.05%~0.1%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr钎料的润湿性能最好。在260℃的试验条件下,Sn Ag Cu-0.1Pr相比Sn Ag Cu钎料润湿力提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。且当Pr含量约为0.05%时,微焊点的力学性能最佳,焊点的剪切强度提高了8.5%。     

稀土元素Ce对锡银铜无铅钎料显微组织的影响

研究了不同含量的稀土Ce对Sn-3．8Ag-0．7Cu无铅钎料的显微组织的影响，结果表明，微量稀土Ce的加入可以细化组织，抑制金属间化合物的生长。稀土Ce含量为0．03％（质量分数）时，组织均匀、细小，钎料润湿性能好，钎缝力学性能佳。当Ce含量为0．03％（质量分数）时，无铅钎料组织中开始出现黑色的富Ce相，并随Ce量的增加而增多。对显微组织的分析和理论计算表明，含稀土Ce锡银铜无铅钎料组织中的黑色的富Ce相为Ce与Sn的化合物。     

Ni添加量对铜基板和石墨烯铜基板的界面反应和IMC生长的影响（英文）

研究了钎焊与时效过程中,在Sn0.7Ag0.5Cu(SAC0705)钎料与Cu基板和石墨烯Cu基板界面处金属间化合物(IMC)的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120℃时效600h。结果表明,界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu 2种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后,Cu6Sn5化合物转变为(Cu, Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大,2种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外,随着Ni含量增大,化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果,因此,石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板,同时其界面化合物生长速率较低。     

Ti90及其优化合金的组织与力学性能研究

研究了钎焊与时效过程中,在Sn0.7Ag0.5Cu(SAC0705)钎料与Cu基板和石墨烯Cu基板界面处金属间化合物(IMC)的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120℃时效600h。结果表明,界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu 2种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后,Cu6Sn5化合物转变为(Cu,Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大,2种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外,随着Ni含量增大,化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果,因此,石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板,同时其界面化合物生长速率较低。     

银镍金属微细颗粒对锡铅基复合钎料力学性能的影响

运用弥散强化原理，分别选用Ag颗粒和Ni颗粒作为增强体，以63Sn37Pb共晶钎料为基体，制成金属颗粒增强锡铅基复合钎料。在再流焊条件下，弥散分布的增强体与基体冶金结合，在增强体表层形成一薄层金属间化合物，从而使复合钎料蠕变性能大幅度提高。试验证明：在相同条件下，与基体钎料63Sn37Pb相比，5％Ag(体积分数，下同)和10％Ag颗粒增强锡铅基复合钎料蠕变寿命分别提高了8倍和6倍，同时抗拉强度和剪切强度均得到提高；5％Ni和10％Ni颗粒增强锡铅基复合钎料蠕变寿命分别提高了84倍和185倍，但剪切强度和延伸率均明显降低。     

稀土元素Er对SnCu基无铅钎料组织与性能的影响

研究了不同含量的稀土元素Er对Sn-0.7Cu钎料组织及性能的影响,并利用XRD和SEM对添加稀土元素前后钎料的微观组织进行了分析。结果表明,随着稀土含量的增加,钎料的拉伸强度、铺展面积先增大后减小,总的蠕变量先减小后增大,说明添加适量的稀土元素Er可以改善钎料的拉伸性能、铺展面积和蠕变性能,Er的最佳添加量为0.1%,当含量高于0.1%时,钎料的铺展面积、拉伸强度和蠕变性能均明显下降;添加适量的稀土元素,还可以抑制Cu6Sn5的生长,使钎料组织得到细化。     

Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料压入蠕变性能的研究

采用自制的蠕变装置研究Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料在温度60～120℃、压力30～50MPa下的压人蠕变性能,利用光学显微镜、SEM和XRD对钎料组织在蠕变前后的变化进行了分析.结果表明:随着温度和应力的增加,钎料的蠕变速率增大;Sn-0.7Cu-2Bi主要由Sn、Bi、Cu6Sn5三相组成,Bi固溶在Sn中造成晶格的畸变阻碍晶体滑移面的位错运动,导致其变形抗力大为增加,且晶界处偏聚的Bi颗粒对位错有钉扎作用,能提高钎料的抗蠕变性能;Sn-0.7Cu-2Bi钎料蠕变后出现回复再结晶,最终导致晶粒长大.     

微量元素对无铅焊点电迁移性能的改善

电迁移现象已经成为电子组装焊技术中最受关注的问题之一.焊点在高电流密度下的服役可靠性与焊点钎料成分有关.通过对比分析五种SnAgCu基无铅焊点在高电流密度下的服役表现,分析了添加微量元素对于电迁移现象的影响规律.结果表明,焊球承受一定电流作用之后,阴极金属间化合物（IMC）分解,铜焊盘受侵蚀,阳极形成大量脆性化合物Cu6Sn5;根据IMC层的厚度变化,Sn3.0Ag0.5Cu的抗电迁移性能优于低银钎料;向低银钎料中加入微量元素Bi和Ni后,晶粒得到了明显的细化,界面IMC层较薄,其抗电迁移的能力得到了明显的改善.     

P,稀土La对AgCuZnSn钎料合金组织与性能的影响

通过向AgCuZnSn钎料合金中添加适量的元素P和稀土元素La,研究了不同含量的P元素,稀土La对AgCuZnSn系无镉钎料组织性能的影响。结果表明,P元素的加入可以降低液态钎料与试件间的表面张力,改善钎料的润湿性和流动性;稀土La的加入,可以改善钎料的润湿性,但随稀土含量的增加,钎料的润湿性能降低。显微组织分析表明,AgCuZnSn钎料合金微观组织主要由CuZn化合物相、Cu5.6Sn化合物相和AS的析出相组成,AgCuZnSn钎料合金中加入P元素后生成黑灰色的Cu3P化合物,微量稀土La的加入可以细化钎料组织,抑制金属间化合物的生长。