无铅焊点在热疲劳和电迁移作用下的组织演变

研究了Cu/Sn-58Bi/Cu焊点接头在室温和55℃下通电过程中阴极和阳极界面处微观组织的演变,电流密度均采用104A/cm2。结果表明,室温条件下通电达到25 d,Bi原子由阴极向阳极发生了扩散迁移,在阳极界面处形成了厚度约22.4μm的均匀Bi层,而阴极出现了Sn的聚集。加载55℃通电2 d后,焊点发生了熔融,阴极界面处形成了厚度为34.3μm的扇贝状IMC,而阳极界面IMC的厚度仅为9.7μm。在IMC层和钎料基体之间形成了厚度约7.5μm的Bi层,它的形成阻碍了Sn原子向阳极界面的扩散迁移,进而阻碍了阳极界面IMC的生长,导致了异常极化效应的出现。     

SnBiEr/Cu界面反应及时效过程中IMC的研究

采用SEM观察等手段研究了Sn58BixEr(x=0,0.1,0.5;表示添加质量分数0.01%,0.5%的Er)/Cu钎焊接头界面反应以及在120℃时效过程中金属间化合物(IMC)的生长行为。实验结果表明:Sn58BixEr/Cu钎焊接头IMC层厚度随着钎焊温度的升高而增厚,添加微量的Er能够有效抑制界面IMC的生长。在时效过程中,界面IMC层的厚度随着时效时间的增加而逐渐增厚。通过对实验数据进行拟合,得出120℃时效温度下Sn58Bi0.1Er/Cu和Sn58Bi0.5Er/Cu的IMC层的生长速率常数分别为3.42×10–16 m2/s和2.84×10–16 m2/s。     

稀土对Zn20Sn高温无铅钎料组织与性能的影响

向Zn20Sn高温无铅钎料中添加微量铈镧混合稀土（RE）,研究了RE的添加量对该钎料合金显微组织及性能的影响。结果表明,添加微量RE的合金显微组织中出现含RE的金属间化合物（IMC）。随着RE的添加,形状各异的IMC的数量显著增加。RE质量分数为0.5%~1.0%的合金的固相线温度不变,而液相线温度略有降低。当RE质量分数为0.5%时,钎料在Cu基板上的铺展面积最大,比Zn20Sn钎料提高了57.6%。但随着RE的继续添加,钎料的润湿性降低。当RE质量分数超过0.1%时,钎料的显微硬度和电阻率随着RE含量的增加而增大。综合考虑,合适的RE添加量为质量分数0.5%。     

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。     

Ni颗粒对SnBi焊点电迁移的抑制作用

为抑制芯片中微小焊点的电迁移,向共晶SnBi钎料中添加微米级Ni颗粒,并在φ0.5mm铜线接头上形成焊点。结果表明:当电流密度为104A/cm2、通电96h后,阳极附近没有出现富Bi层,即电迁移现象得到抑制。这是由于Ni颗粒与Sn形成了IMC,阻挡了Bi沿Sn基体扩散的快速通道,防止了两相分离,提高了焊点可靠性。     

表面贴装锡基焊点长期贮存可靠性及寿命预测研究

互连焊点的室温贮存寿命预测对于电子产品的可靠应用具有重要的工程意义。采用高温加速贮存试验,对有铅钎料（62Sn36Pb2Ag）表面贴装的电容焊点以及有铅钎料（63Sn37Pb）和无铅钎料（SAC305）混合组装的BGA焊点进行了长期贮存寿命预测。利用扫描电子显微镜对在3种温度（367.15 K、393.15 K和423.15 K）下贮存不同时间（1天、4天、9天、16天、25天、36天、49天）的界面金属间化合物（IMC）微观形貌进行了表征,对其生长动力学进行研究并建立了生长模型。选取IMC的厚度作为关键性能退化参数,依据初始IMC厚度分布为失效密度函数,获得了两种类型焊点的可靠度函数,进而确定两种焊点的特征寿命及中位寿命。     

基于纳米压痕法的SnBi-xNi钎料的塑性比较

借助纳米压痕的方法,采用压痕形成过程中塑性应变与总应变的比值来表征钎料塑性。对Sn Bi-x Ni(x=0,0.05,0.1,0.15和0.2)成分钎料的硬度、弹性模量及塑性进行了对比。结果表明:Sn58Bi钎料合金加入Ni元素后,钎料硬度和弹性模量升高。当Sn58Bi-x Ni钎料中Ni含量的质量分数为0.1%时,其硬度及弹性模量最大。当Ni质量分数超过0.1%时,钎料的硬度与弹性模量有所下降。当添加Ni元素质量分数为0.05%~0.1%时,钎料合金的组织得到了细化,钎料合金的塑性提高;当Ni质量分数大于0.15%时,钎料的塑性降低。     

Sn对BiSbCu钎料钎焊工艺性能的影响

在BiSbCu钎料中添加Sn,分析Sn对BiSbCu钎料合金钎焊工艺性能的主要指标——钎料熔点和铺展面积的影响。结果表明:在Bi5Sb2Cu钎料合金中加入Sn可以显著降低钎料的熔点和显著增强钎料合金的铺展性能。当Sn的质量分数为10%时,Bi5Sb2Cu钎料的铺展面积为26.22 mm2,钎焊工艺性能最好。     

Sn-58Bi-0.5Ce/Cu界面金属间化合物的性能研究

研究了Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头在120℃时效过程中界面组织形貌及金属间化合物层(IMC)的厚度变化。结果表明:在Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头界面处形成了较为平坦的双层金属间化合物,靠近钎料的上层为Cu6Sn5相,邻近Cu基板的下层为Cu3Sn相。等温时效处理后,IMC层逐渐凸起,且随着时效时间的增加,IMC层不断增厚。通过对实验数据进行拟合,得到钎焊接头界面IMC层的生长速度常数为5.77×10–17m2/s。     

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。