高温时效过程中SnAgCu钎焊接头显微组织的演化规律

研究了215℃时效过程中Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊点内部及与Cu基板界面处显微组织的演化规律.结果表明:试样在时效过程中的放置方式对显微组织的变化会产生重要影响.当钎料焊点处于Cu基板的上方时,215℃时效后显微组织的变化与以往170℃时效后显微组织的变化相似,即界面处金属间化合物层的厚度会随着时效时间的延长而逐渐增加.然而,当钎料焊点处于Cu基板的下方时,215℃时效后钎料焊点内部及界面处的显微组织发生了显著的变化,伴随着Cu基板的溶解在钎料焊点表面形成了大量的体积较大的金属间化合物Cu6Sn5.     

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.     

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.     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNd钎料显微组织及性能

研究了稀土元素Nd的添加量对超低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu的润湿性能、显微组织和力学性能的影响.结果表明,微量Nd元素的加入可以显著改善Sn-0.3Ag-0.7Cu超低银无铅钎料的润湿性能和焊点的力学性能,并且能够起到细化基体组织的作用.当钎料中Nd元素的质量分数达到0.1%时,钎料的综合性能最佳,基体组织最为均匀细化.虽然Ag元素含量的降低使钎料的性能有所下降,但是加入适量Nd元素后钎料的润湿性能已接近传统Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料.     

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.     

Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面的显微结构

研究了热-剪切循环条件下Sn-3．5Ag-0．5Cu钎料／Cu界面的显微结构，分析了界面金属间化合物的生长行为，并与恒温时效后的Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面进行了对比。结果表明：恒温时效至100h，Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上已形成Cu6Sn5和Cu3Sn两层金属间化合物；而热-剪切循环至720周Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上只存在Cu6Sn5金属间化合物层，无Cu3Sn层生成，在界面近域的钎料内，颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状；在热-剪切循环和恒温时效过程中，界面金属间化合物的形态初始都为扇贝状，随着时效时间的延长逐渐趋于平缓，最终以层状形式生长。     

等温时效对颗粒增强复合钎料组织性能的影响

等温时效过程中,复合钎料内部颗粒周围金属间化合物层的变化会影响其钎焊接头的力学性能。本研究选用比较有前途的Sn-3.5Ag共晶钎料作为基体,微米级Cu或Ni颗粒作为增强相外加到基体中制成复合钎料。对复合钎料钎焊接头在不同温度(125,150,175℃)下进行时效,研究了等温时效过程中增强颗粒周围金属间化合物的层厚增长系数和生长激活能,以及层厚增长对复合钎料钎焊接头力学性能的影响。结果表明,等温时效下,复合钎料内部Cu颗粒周围金属间化合物层增长速率明显大于Ni颗粒周围金属间化合物层的增长速率,且其层生长激活能低于Ni颗粒周围金属间化合物层。时效过程中,Cu颗粒增强复合钎料钎焊接头的剪切强度下降更快。此外,本研究还利用有限元模拟分析了时效过程中增强颗粒周围的应力分布情况。研究表明,经过时效后,随着颗粒周围金属间化合物的增长,颗粒周围的金属间化合物在受力的情况下会造成一定的应力集中而更易发生开裂。     

超低银SAC钎料焊点界面显微组织演化

研究了复合添加Ga/Nd元素的超低银Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料在长期时效过程中的微焊点界面组织演化情况. 结果表明,复合添加适量Ga/Nd元素可以显著改善时效后微焊点界面组织,抑制微焊点界面附近大块状金属间化合物以及稀土相的生成. 经720 h时效后,即使在含有过量Nd元素的微焊点界面仍没有发现明显的Ag₃Sn相和稀土相,取而代之的是小块状的新相,结合EDS和XRD分析结果推测该相含有Ga₂Nd与Cu₆Sn₅. 经过长期时效处理后,微焊点抗剪力接近Sn-3.8Ag-0.7Cu焊点抗剪力的90%,具有较好的力学性能.     

Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响

通过在钎料中添加Fe粉颗粒,研究其对Sn-3Ag-0.5Cu复合无铅钎料的黏度、熔点、钎焊接头界面微观组织、与Cu基板之间的润湿性及焊点力学性能的影响。结果表明:微米级Fe粉的添加增加了复合钎料焊膏单位体积内焊粉的接触面积,使得焊膏内摩擦力增大,导致复合钎料焊膏的黏度增加;微米级Fe粉的添加对Sn-3Ag-0.5Cu钎料的熔化特性没有显著影响;钎焊时,由于重力偏聚及界面吸附作用,Fe粉颗粒集中沉积于Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu钎焊接头界面处靠近钎料一侧,由于增大液态钎料黏度而导致钎料与Cu板间的润湿性降低;与Sn-3Ag-0.5Cu/Cu相比,Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu界面处钎料一侧粗大的β-Sn枝晶区消失,取而代之的是细小的等轴晶。Sn-3Ag-0.5Cu-1%Fe/Cu的剪切强度为46 MPa,比Sn-3Ag-0.5Cu/Cu剪切强度提高39%;靠近界面金属间化合物处钎料基体的显微硬度提高约25%。     

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-...     

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.     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料熔点及润湿性能的影响

研究了添加适量的Bi元素对低银型Sn-0．3Ag-0．7Cu无铅钎料合金性能的影响,应用差示扫描量热仪和SAT-5100型润湿平衡仪对Sn-0．3Ag-0．7Cu·xBi（x=0.1,3,4．5）钎料的熔点、润湿性能作了对比试验分析。结果表明,一定量Bi元素的加入可以降低Sn-0．3Ag-0．7Cu钎料合金的熔点,并改善其润湿性能。但过多的Bi元素会导致钎料的液固相线温度差增大,塑性下降,造成焊点剥离缺陷。综合考虑得到Sn-0．3Ag-0．7Cu-3．0Bi无铅钎料具有最佳的综合性能。     

稀土Er对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料合金组织与性能的影响

研究稀土Er含量对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅焊料合金显微组织以及性能的影响。结果表明：当Er含量为0．05％～0．50％（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：当Er含量为0．05％时，焊点剪切强度最高；当Er含量为0．10％时，焊料铺展面积最大，焊料润湿性有所改善，同时焊料的拉伸强度达到最高；当Er含量为0．25％时，伸长率最大。随着Er含量的增加，该焊料合金的组织由树枝晶向等轴晶转变，且组织逐渐细化。Er的较佳添加量为0．05％～0．25％。     

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.     

Sn-Ag-Cu-In无铅钎料润湿性能及显微组织

在Sn-1.2Ag-0.6Cu合金中添加0～1.0%的In元素,研究了Sn-Ag-Cu-In无铅钎料的熔化温度、润湿性能及显微组织.结果表明,添加In元素对钎料的熔化温度有一定的降低作用,在相同的试验温度下,含铟钎料粘度更低,流动性更强,钎料的润湿性能随之改善.低银Sn-Ag-Cu钎料在空气中的润湿时间在260℃才达到...     

SnAgCu-xPr钎料组织及性能

研究了不同含量Pr元素（质量分数分别为0,0.05%,0.5%）对Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料凝固特性、润湿铺展性能以及微观组织的影响.结果表明,SAC,SAC-0.05Pr以及SAC-0.5Pr的凝固所需过冷度分别为20.6,5.0,5.1℃,说明适量Pr元素的加入能够显著降低SnAgCu钎料凝固所需的过冷度;同时,Pr元素的加入细化了钎料组织,降低钎料组织中初晶β-Sn的尺寸,抑制了SnAgCu/Cu焊点内部不同形貌大块化合物Ag3Sn初晶的形成;当Pr元素的添加量为0.05%时,钎料润湿性能最优、组织最佳;0.5%Pr元素的添加会在钎料以及焊点内部形成PrSn3相,对焊点的性能造成不利的影响.     

无铅焊料在NaCl-Na_2SO_4-Na_2CO_3模拟土壤溶液中的腐蚀浸出行为

研究了Sn-3.5Ag-0.75Cu和Sn-0.75Cu焊料合金在NaCl-Na_2SO_4-Na_2CO_3模拟土壤溶液中的腐蚀浸出行为,并与Sn-37Pb焊料合金的腐蚀浸出行为对比分析。研究表明,这3种焊料合金中Sn的浸出量随时间的延长趋于平缓,且Sn-0.75Cu焊料合金中Sn的浸出量最高,添加Ag元素后明显抑制了Sn-3·5Ag-0·75Cu焊料合金中Sn的浸出;Ag,Cu,Pb的浸出量随时间的延长呈线性增加,且Ag,Cu的浸出量较少。3种焊料合金浸出后表面产物层较厚,主要由Sn_4(OH)_6Cl_2和SnO组成,其中Sn-0.75Cu焊料合金的表面产物层有裂纹和孔洞,Sn-3.5Ag-0.75Cu焊料合金的表面产物相对致密,而Sn-37Pb焊料合金的表面产物局部出现剥落现象。这3种焊料合金浸出动力学行为存在差异,主要与表面产物的相组成和形貌有关。