苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响EI北大核心CSCD

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能

在超声振动外能辅助下进行了Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊,借助扫描电镜和X衍射等理化检测手段研究了超声振动外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头特性。在超声振动时间为60 s时钎焊点剪切强度达最大值26.0 MPa,较无外能辅助下提高35%;与无外能辅助下钎焊点相比,超声振动外能辅助下钎焊界面Cu6Sn5IMC层厚度、表面粗糙度降低,焊点断裂方式由脆性断裂转变为以韧性断裂为主的混合型断裂。实验结果表明,在超声振动功率88 W的外能辅助下可实现低卤助焊剂下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu的良好钎焊。     

热冲击下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

借助于SEM、EDS、XRD等检测手段对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头进行观察分析,研究了钎焊工艺参数及热冲击条件对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头界面金属间化合物和力学性能的影响。结果表明:添加0.05%(质量分数)Ni能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;钎焊温度270℃和钎焊时间240 s时,钎焊接头抗剪切强度最大达26.9 MPa,较未添加Ni的钎焊接头提高8.9%;随着热冲击周期的增加,钎焊接头界面金属间化合物层平均厚度增加,界面粗糙度先增大后减小,钎焊接头强度降低;添加0.05%Ni能够抑制接头界面金属间化合物的成长、钎焊接头强度的降低,有利于改善接头可靠性。     

电场对超声波辅助钎焊Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响

研究了电场对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面区近钎缝侧的组织与性能的影响。试验表明:超声振动和电场共同作用的新钎焊工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头剪切强度有较大影响,随着电场强度的增加,钎焊接头剪切强度先增加后下降。当电场强度为2 kV/cm、电场作用时间为60 s时,钎焊接头剪切强度达到28.7 MPa的最大值,能形成较薄且平整的界面区。     

超声波和电场共同作用下SnAgCuRE/Cu钎焊接头的时效特性

研究了时效对电场和超声振动共同作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面生成的IMC主要由靠近钎料合金一侧的Cu6Sn5相,而时效后界面靠近Cu一侧出现Cu3Sn。时效过程中,随着时效时间和时效温度的增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu界面区生长受扩散机制控制,IMC总厚度增加,力学性能下降。     

Ni改性GNSs对SnAgCuRE/Cu钎焊接头热老化特性的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片（GNS）独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs（Ni-GNSs）增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明：Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物（IMC）颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%（质量分数）GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%（质量分数）GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。     

Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料为研究对象,借助扫描电镜和X衍射等检测方法研究了Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响.结果表明,添加适量Ni元素能显著细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织,抑制焊点界面区(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物的生长和表面粗糙度的增加,提高无铅焊点抗剪强度.当Ni元素添加量为0.1%时,钎料合金组织细小均匀,共晶组织所占比例较多;焊点界面IMC薄而平整,(Cu,Ni)6Sn5颗粒尺寸小,对应焊点抗剪强度最高为45.6 MPa,较未添加Ni元素焊点提高15.2%.     

Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu钎焊界面区IMC及接头性能

采用扫描电镜和X射线衍射等检测手段,研究了钎焊工艺参数对Sn 2.5Ag 0.7Cu 0.1RE/Cu界面金属间化合物(IMC)长大及钎焊接头剪切强度的影响.结果表明,Sn 2.5Ag 0.7Cu 0.1RE/Cu钎焊界面区形成了波浪状Cu6Sn5金属间化合物(IMC).随钎焊时间延长、钎焊温度升高,界面波浪状Cu6Sn5相转变为较大尺寸的扇贝状,其厚度及界面粗糙度相应增大.当钎焊温度为270 ℃、钎焊时间为180 s时,Cu6Sn5相厚度较薄,为2.2 μm;界面光滑,其粗糙度为1.26 μm,接头剪切强度值最高.     

热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊焊点组织与性能研究

研究了0~100℃热循环条件下Sn2.5Ag0.7Cu0.1REx Ni/Cu焊点界面组织和力学性能。结果表明,热循环开始到100周次,Sn2.5Ag0.7Cu0.1REx Ni/Cu钎焊焊点界面区IMC厚度和粗糙度增大,剪切强度下降,断口韧性降低;添加微量Ni能降低IMC的厚度和粗糙度,抑制IMC的生长,减缓焊点剪切强度的降低;当Ni添加量为0.05%(质量分数)时,界面IMC厚度和粗糙度均最低,剪切强度最高,100周次后为韧性断裂。     

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。     

Ni对SnAgCuRE钎料及其钎焊接头性能的影响

以商用Sn3.8Ag0.7Cu为参照系,研究了Ni对Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RE钎料合金及其钎焊接头性能的影响。研究结果表明,添加0.05%(质量分数)Ni能在不降低Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度的同时显著提高其伸长率,是商用Sn3.8Ag0.7Cu的1.4倍;相应地钎焊接头的蠕变断裂寿命最长,为未添加Ni时的13.3倍,远高于现行商用Sn3.8Ag0.7Cu的,满足微电子连接高强韧高可靠性无铅钎料合金系的需求。     

RE对SnAgCu钎料合金及焊点性能的影响

利用JSM-5610LV扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）等测量方法,研究了微量RE对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料的显微组织、润湿特性、拉伸强度及焊点剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明,向Sn-2.5Ag-0.7Cu中添加0.1%RE可明显细化钎料合金的显微组织,改善钎料合金的润湿特性,提高钎料合金的抗拉强度、伸长率及焊点剪切强度,增加焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.5%时,由于形成了RE化合物而明显恶化钎料合金的性能。     

水洗钎剂下SnAgCuRExNi与铜引线的润湿适配性

采用润湿平衡法,选用商用水洗钎剂,研究了镍添加量及钎焊工艺参数对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金在铜引线上的润湿适配性. 结果表明,当Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金中镍添加量为0.05%时,钎料合金显微组织明显细化;当钎焊温度为255 ℃、钎焊时间为5 s、浸渍速度为20 mm/s、浸渍深度为3 mm的情况下, 其与φ0.6×30 mm的铜引线具有较好的润湿适配性,即具有较短的润湿时间,较小的润湿角,较大的润湿力,符合润湿力、润湿时间和润湿角的相关标准,完全满足现代表面组装技术对无铅钎料润湿性能的要求.     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu6Sn5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了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金属间化合物的生长行为。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;随时效时间的增加,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%(质量分数,下同)的RE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,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。     

Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu(Ni)焊点的抗时效性能

采用扫描电镜(SEM)研究在150 ℃等温时效下Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu与Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面扩散行为. 结果表明,在时效过程中,随着时效时间的增加,Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu焊点界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)形貌由开始的细针状生长为棒状,IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₆Sn₅. Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面IMC形貌由细小突起状转变为较为密集颗粒状,且IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₃Sn₄. 经过线性拟合,两种焊点的界面IMC层生长厚度与时效时间t1/2呈线性关系,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu界面间IMC的生长速率为7.39 × 10?2 μm2/h,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni界面间IMC的生长速率为2.06 × 10?2 μm2/h. 镀镍层的加入可以显著改变界面IMC的形貌,也可降低界面IMC的生长速率,抑制界面IMC的生长,显著提高抗时效性能.     

Influence of Cu Nanoparticles on Microstructure and Mechanical Properties of Sn0.7Ag0.5Cu-BiNi/Cu Solder Joint

The influence of Cu nanoparticles addition on microstructure and mechanical properties of Sn0.7Ag0.5Cu-BiNi/Cu solder joint after reflow and isothermal aging has been investigated in this study. Experimental results indicate that the addition of Cu nanoparticles suppresses the growth of intermetallic compound (IMC) layer at the interface after reflow and aging. Moreover, the bulk solder appears with refined microstructure after adding Cu nanoparticles. In addition, solder joints containing Cu nanoparticles display higher microhardness due to the dispersive distribution of Cu nanoparticles as well as the refined IMC particles. The addition of 0.1% Cu nanoparticles can improve the microhardness by 16% compared with the noncomposite. However, the existing porosity in the solder exerts a negative effect on microhardness and shear strength. The mechanism of porosity formation has been discussed in detail. Porosity increases markedly with increasing Cu nanoparticles proportion.     

回流温度对单板/板级BGA无铅焊点的剪切力学行为影响

采用试验的方法研究回流温度对Sn3.0Ag0.5Cu,Sn0.3Ag0.7Cu,Sn0.3Ag0.7Cu-0.07La-0.05Ce三种无铅钎料在单板结构/板级结构中剪切性能的影响.结果表明,随着回流温度的升高,单板结构中高银焊点的抗剪强度最高且一直增加,低银焊点呈现出先增加后降低的趋势.板级结构中焊点的抗剪强度均随回流温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,其中添加稀土元素的低银焊点的抗剪强度最高.两种结构中焊点的至断位移均随回流温度的升高而降低.板级结构中,随着回流温度的升高,高银焊点的断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变,而低银焊点则一直为韧性断裂,其断裂位置向IMC方向移动.