基于纳米压痕法的无铅BGA焊点的循环力学行为

采用纳米压痕法通过循环加载卸载方式研究了最大载荷、循环次数及保载时间对Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-0.3Ag-0.7Cu 2种钎料BGA焊点循环性能的影响.结果表明,Sn-Ag-Cu系无铅BGA焊点的循环性能具有很大的载荷依赖性,随着最大载荷的增加,BGA焊点的损伤累积增加且前几周循环中损伤累积很大,其后逐渐减小并趋于稳定;循环次数增加,使BGA焊点抵抗变形的能力稍有降低;保载时间增加,蠕变位移不断增加,蠕变和疲劳共同作用会加速焊点失效;Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料BGA焊点的能量损耗大于Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料BGA焊点.     

La对Sn-0.3Ag-0.7Cu回流焊点纳米力学性能影响

随着电子产业的不断发展,对微连接焊点可靠性的要求越来越高. 文中在Sn-0.3Ag-0.7Cu的基础上添加第四种微量元素La,并制备出多种不同铼含量的焊球,通过回流焊得到Sn-0.3Ag-0.7Cu-xLa焊点. 采用纳米压痕仪对焊点进行一次加载—卸载试验,对试验所得到的载荷—位移数据通过采用Ma物理反解析法可得出焊点的纳米压痕硬度H、弹性模量E及蠕变速率敏感指数m等焊点的性能参数.研究稀土元素La对焊点纳米力学性能的影响. 结果表明,随着微量稀土元素La含量的增加,焊点的硬度、弹性模量表现出明显的增长趋势,而且抗蠕变性能随着铼含量的上升呈线性上升趋势.     

剪切载荷下BGA单板结构与板级结构焊点尺寸效应

采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为.分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的尺寸效应.结果表明,单板结构与板级结构中焊点的抗剪强度均随焊点尺寸的减小而增加,板级结构焊点表现的更加明显.低银焊点与高银焊点的剪切力学性能差距随着焊点尺寸的减小逐渐降低.随着焊点尺寸的减小,单板结构中焊点的剪切应变逐渐增加;板级结构则遵循先增加后减小的变化规律.此外,高银焊点随焊点尺寸的减小断裂模式由韧脆混合型向韧性断裂形式转变,另外三种低银焊点断裂模式不变,仅是断裂位置向体钎料侧偏移.     

超低银SnAgCu钎料微焊点力学性能

研究了复合添加Ga/Nd元素对超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微焊点力学性能的影响. 结果表明,复合添加适量Ga/Nd元素可以显著改善微焊点界面组织,抑制微焊点界面附近金属间化合物的生成,从而提高微焊点的力学性能,相比母合金微焊点剪切力提高幅度达到约16%;微焊点的力学性能随着时效时间的增加而降低,降低幅度优于未添加Ga/Nd的微焊点. Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd钎料微焊点的力学性能在时效处理后仍保持较好的水平,已接近Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料微焊点的90%,具有良好的工业应用前景.     

回流焊次数对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点界面金属间化合物生长的影响

采用回流炉制备Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点,测量了Sn-3.0Ag-0.5Cu的扩展率和润湿角。使用Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料在Cu板上进行了250℃下一至四次的回流焊,对各次回流焊的焊点试样进行150℃的时效处理。结果表明:Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料的扩展率为76.75%,润湿角为22.11°。随着回流焊次数的增加,IMC厚度及其生长系数均增大。生长系数(y)与回流焊次数(x)的关系为:y=-0.1504+0.1892x。     

微观压痕法测量Sn-Ag-Cu系无铅钎料的力学性能

Sn-Ag-Cu系合金是最有可能替代Sn-Pb钎料的无铅钎料.介绍了一种测量其力学性能的新方法,即通过微压痕仪精确测量不同加载速率下压子的压入深度h与加载载荷F的关系来确定钎料的弹性模量E和蠕变速率敏感指数m.结果表明:加载速率对钎料蠕变压痕F-h曲线和压入深度有着重要的影响;Oliver-Pharr方法确定的钎料弹性模量取决于卸载过程而与加载速率无关.基于压痕做功概念定义了压痕蠕变硬度和蠕变应变速率,从而给出钎料的蠕变速率敏感指数.Sn-3.5Ag-0.75Cu与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料蠕变压痕测试表明合金成分影响Sn-Ag-Cu系无铅钎料的力学性能.     

BGA单板结构与板级结构焊点剪切力学行为分析

采用试验方法研究BGA封装结构中焊点的剪切力学行为. 分析并比较了Sn-3Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La和Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.07La-0.05Ce四种钎料焊点在单板结构与板级结构中的力学性能. 结果表明, 单板结构中焊点的抗剪强度高于板级结构中焊点的抗剪强度. 在单板结构中,高银焊点的抗剪强度最大,加入稀土元素的低银焊点只是得到了一定程度上的改善,然而对于板级结构,加入稀土元素的低银焊点剪切力学性能基本与高银焊点相当. 在同等拘束条件下,低银焊点的延展性优于高银焊点. 此外,对于同一种钎料而言,单板结构中的焊点断裂在体钎料上,而板级结构则断裂在IMC/体钎料界面处.     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的影响

无铅钎料和基板间金属间化合物(1MC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi无铅钎料与Ni盘进行焊接,并对焊点进行了180℃时效试验,时效时间分别为O、24、96、216和384h.采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察分析了钎料与Ni界面IMC的生长及形貌变化,并对其焊点IMC层Ni的分布进行了分析,同时对其界面生长速率进行了拟合.结果表明:Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料与Ni焊盘之间的IMC是棒状的(CuxNi1-x)6Sn5,Bi的加入并没有起到很好的抑制作用,而是随着Bi含量的增加IMC先增加后减少.Sn-O.3Ag-0.7Cu/Ni焊点IMC中Ni的平均含量(wN)分为15%、5%两区域.由近Ni向钎料基体方向呈下降趋势.但是Sn-O.3Ag-0.7Cu-3.0Bi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量在7%左右.时效后IMC层的厚度会随着老化时间的延长而增加,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点由于Bi的析出IMC增长得缓慢;Sn-0.3Ag-0.7Cu/Ni焊点(CuxNi1-x)6Sn5中15%Ni的含量区域逐渐过渡到5%区域,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量维持9%较时效前有所增加.通过生长速率计算,Sn-O.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的生长速率随着Bi含量的增加而减少.     

Nd对Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点高温可靠性的影响

通过研究150℃时效条件下Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力变化和界面微观结构演变,探讨稀土元素Nd对焊点高温可靠性的影响及其影响机制.结果表明,不同时效时间后Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力明显高于Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点,且时效过程中Sn-3.8Ag-...     

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%。     

Mechanical properties and microstructures of hybrid laser MIG welded dissimilar Mg–Al–Zn alloys

Abstract

Bead shape, microstructure changes and mechanical properties of laser metal inert gas (MIG) welded dissimilar Mg–Al–Zn alloys (from AZ31B to AZ61) are studied. The results show that heat ratio of arc to laser (HRAL) and welding speed are dominant parameters for achieving good tensile strength efficiency and elongation property. From AZ31B to AZ61, microstructure changes are observed as cellular dendrites to equiaxed dendrites and fish bone dendrites in the upper part of hybrid weld. Besides, at weld centreline, the solidification structure of lower part is finer than that of upper part. In this study, the maximum tensile strength efficiency and elongation reached 97·6 and 7% respectively. When the HRAL matches welding speed well, the joint achieves higher tensile strength with 45° shearing fracture at heat affected zone because of fewer defects. However, when utilising too low HRAL or fast welding speed, the joints show lower tensile strengths with nearly vertical fracture at fusion zone.     

电子枪零件钽钼激光焊接显微结构和性能分析

采用脉冲固体激光器电子枪零件钼和钽进行激光焊接工艺试验,利用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、电子显微硬度分析仪、X 射线衍射仪、振动台、电子枪真空除气系统等研究了电子枪金属零件焊缝焊接表面成形、接头区域的组织形貌、界面元素分布、断口形貌、显微硬度与接头力学性能、焊接接头物相、电子枪随机振动及工作状态下电性能和热性能。 结果表明,优化焊接参数后焊接的电子枪经受了在微波管中连续高温工作的考验。 振动试验和电子枪性能试验检验了电子枪组件的焊接牢固程度和焊接质量,验证了激光焊接工艺在小批量微波管研制、生产和应用过程中的可靠性。     

基于光纤激光的LY12铝合金焊接试验分析

在飞机制造领域,铝合金主要用于制造飞机蒙皮、梁、桁条和框架等结构.采用多模光纤激光器进行了1.4 mm厚LY12铝合金的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对铝合金焊缝形貌的影响规律,并对焊接接头的显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,大功率高速度连续激光焊缝的成形具有不稳定性,当功率为2 200 W,焊接速度为55 mm/s,保护气体流量为10 L/min时,可以获得成形良好且无宏观缺陷的焊接接头.接头的平均抗拉强度约为388 MPa,达到母材抗拉强度的63.98%,断裂类型为韧脆混合型断裂.     

TRIP800高强度钢激光焊工艺

针对TRIP800高强度钢进行激光焊接工艺研究。实验结果表明:1.8 mm厚的TRIP800高强度钢在纯度大于99.9%的氩气保护下,采用光纤激光器焊接,在焊接速度7 mm/s、激光功率570 W、离焦量0 mm的工艺参数条件下可以获得优质的焊缝;焊接接头的抗拉强度660 MPa,断裂方式为塑性断裂。最佳工艺参数条件下的焊缝硬度呈现"M"形分布,接头的最高硬度出现在热影响区,焊缝区硬度较高,母材硬度最低。     

热输入对7A52铝合金光纤激光焊接头组织及性能的影响

采用IPG公司生产的YLS-6000光纤激光器,对6 mm厚热轧态7A52铝合金进行焊接,研究不同焊接参数对接头组织及性能的影响。结果表明,焊缝中心为均匀分布的“雪花”状等轴晶,组织为α-Al+T(Mg3Zn3Al2),与母材相同,晶粒大小随热输入的增加而长大;随热输入增加,Mg,Zn元素的烧损逐渐加重;相同热输入下,高功率、高焊速能够降低Mg,Zn元素的烧损;母材硬度最高约为110 HV左右,焊缝中心硬度最低,硬度从焊缝中心向两侧母材呈“U”型分布;适当增大焊接热输入,接头的冲击吸收能量和抗拉强度均有所提高;在相同热输入情况下,高功率、高焊速的接头冲击性能降低,抗拉强度有所提高,最大抗拉强度为341 MPa,约为母材的69.8%,7A52铝合金光纤激光焊接头拉伸断口形貌呈韧-脆混合断裂。     

Nd:YAG激光焊接800 MPa TRIP钢的接头组织与性能

采用Nd:YAG激光对强度为800MPa,厚度为1.2mm的TRIP钢板进行焊接.研究焊接速度对焊缝外观和截面成形的影响及接头的组织特点、硬度、强度和成形能力.激光功率相同,焊接速度较低时焊缝易产生气孔,速度较高时易发生飞溅;焊接速度对焊缝熔深及熔宽也有影响.焊缝组织主要由马氏体构成,从焊缝、热影响区到母材,组织中马氏体含量下降,接头的最高硬度出现在焊缝或热影响区.在平行于焊缝方向,焊接接头的抗拉强度高于母材,垂直于焊缝方向,接头的抗拉强度与母材相当.由于焊缝中出现马氏体,接头的塑性和韧性降低,板材的冲压成形能力下降.     

CO_2激光焊接600MPa DP钢接头组织与性能

采用CO2激光对抗拉强度为600MPa,厚度1.4mm的DP钢进行焊接.研究焊接速度对焊缝外观和截面成形的影响、接头的组织特点、硬度、强度和成形能力.结果表明,激光功率相同,焊接速度较低时焊缝易产生气孔,焊接速度较高时易发生飞溅;焊接速度对焊缝熔深及熔宽也有影响.焊缝区组织主要由马氏体构成,从焊缝、焊接热影响区到母材,组织中马氏体含量下降,接头的最高硬度出现在焊缝或热影响区.在平行于焊缝方向,焊接接头的抗拉强度高于母材,垂直于焊缝方向,接头的抗拉强度与母材相当.由于焊缝出现马氏体组织,接头的塑性和韧性降低,板材的冲压成形能力下降.     

W6高速钢/16Mn钢电子束焊接接头组织及性能分析

高速钢作为一种高硬度、高耐磨性和高耐热性特殊工具钢,应用于刀具、模具及特殊结构件上时,往往需要结合异种钢使用. 但高速钢焊接工艺研究仍不成熟,焊接中产生的裂纹与碳化物缺陷是制约高速钢应用的主要因素. 文中通过对W6Mo5Cr4V2高速钢与16Mn钢预置镍填充层后进行电子束焊接. 结果表明,镍中间层的引入有效的抑制了高速钢侧热影响区的开裂,接头呈不对称“漏斗形”. 焊缝组织主要由镍基固溶体与少量M₂C碳化物构成,焊缝中无马氏体组织,其焊缝平均硬度为185 HV;接头抗拉强度达到378 MPa,为16Mn侧母材抗拉强度的75%. 拉伸断口断裂于距W6侧熔合线0.8 mm处的热影响区,为准解理断裂.     

铝合金/镀锌钢板Nd:YAG激光+MIG电弧复合热源熔-钎焊接头的组织与性能(英文)

基于铝合金和镀锌钢在熔点上的差异,以ER4043(AlSi5)为填充材料,采用大光斑Nd:YAG激光+MIG电弧复合热源焊接工艺实现两者的熔-钎焊接,研究熔钎焊接头组织和性能。铝合金/镀锌钢板熔钎焊接头分为熔焊接头和钎焊缝两部分,熔焊缝组织由α(Al)等轴晶和晶界上短棒状的Al-Si共晶组织组成,焊趾处的富锌区为α-Al-Zn固溶体和Al-Zn共晶组织。钎焊缝为Fe-Al金属间化合物层,厚度为2~4μm,金属间化合物包括FeAl2、Fe2Al5和Fe4Al13,其中FeAl2和Fe2Al5位于近钢侧的紧密层,而Fe4Al13则呈舌状或锯齿状向熔焊缝内生长。接头抗拉强度随着焊接电流和激光功率的增大呈先增大后减小的趋势,最高可达247.3 MPa。拉伸断裂位置一般位于熔焊缝的熔合区,为以韧性断裂为主的混合断裂。接头内硬度的最大值位于钎焊缝处,然后分别沿着两侧钢板和铝合金熔焊缝逐步降低。     

旋转速度对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸性能的影响

保持95 mm/min焊接速度不变的条件下,通过改变旋转速度研究其对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明:采用750 r/min搅拌头旋转速度焊接时,焊缝表面出现起皮现象;焊核区底部形成明显的隧道槽缺陷。适当增加搅拌头旋转速度至950 r/min时,焊缝表面变得更光滑;混合区尺寸增大;内部隧道槽缺陷消失;该混合区主要由被搅碎的Mg、Cu合金和少量新生成的Mg₂Cu金属间化合物组成;接头的抗拉性能最好,抗拉强度达81.7 MPa;但是,继续增大搅拌头旋转速度至1180 r/min时,不利于接头成形,混合区底部有细小的孔洞缺陷产生。