无铅焊点金属间化合物的纳米压痕力学性能

研究Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的IMC在150℃下等温时效的生长情况,时效时间分别为100,300,500,1000 h.拟合出IMC的厚度与时效时间的关系,采用纳米压痕仪进行纳米压痕试验,发现Cu6 Sn5与Cu3 Sn的变形机制不同.Cu6Sn5为非连续性塑性变形,表现为压痕过程中的锯齿流变;Cu3 Sn的压痕曲线比较平滑.随Cu6Sn5厚度的增加,Cu6 Sn5的弹性模量和硬度没有太大变化.对时效100,500 h后的Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的过渡区进行纳米压痕试验,发现Cu,Cu3Sn,Cu6 Sn5和Sn3.0Ag0.5Cu的硬度大小顺序为Cu6 Sn5＞ Cu3 Sn＞ Cu＞ Sn3.0Ag0.5Cu.     

Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金在纳米压痕过程中的变形行为

利用纳米压痕技术研究直径为3 mm的{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的变形行为以及加载速率对其塑性变形行为的影响规律.结果表明:该块体非晶合金在低加载速率下表现出显著的锯齿流变,而在高的加载速率下表现为连续的塑性变形;在纳米压痕过程中,该块体非晶合金出现室温蠕变现象,且其硬度值随着加载速率的增大而减小.     

基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能

采用纳米压痕技术对微电子封装中无铅焊点内界面化合物(IMC) Cu6Sn5的弹性模量和硬度进行了测试.根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)确定IMC的形貌和化学成分;利用连续刚度测量(CSM)技术,采用不同的加载速率对无铅焊点(Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag)内的界面化合物Cu6Sn5进行测量,得到载荷、硬度和弹性模量-位移曲线.根据纳米压痕结果确定Cu6Sn5的蠕变应力指数.     

基于纳米压痕法Sn3.0Ag0.5Cu焊点金属间化合物力学性能及其应变率效应的研究

采用纳米压入测试系统对无铅焊点Sn3.0Ag0.5Cu内金属间化合物(IMCs)Cu3Sn、Cu6Sn5的力学性能进行测试,应变率分别为0.01 s-1,0.05s-1,0.25s-1,0.5s-1,分析IMCs力学性能的应变率效应。研究发现金属间化合物具有应变率强化效应;Cu3Sn和Cu6Sn5的变形机制不同,前者加载曲线呈现锯齿流变,后者曲线光滑;Cu3Sn和Cu6Sn5的接触刚度在不同应变率时均与压痕深度成线性正比例关系;Cu3Sn的弹性模量和硬度明显高于Cu6Sn5;Cu3Sn和Cu6Sn5的硬度值均随着应变率的增大而增大,而对弹性模量没有明显影响。保载阶段,蠕变位移具有应变率强化效应,加载应变率为0.05s-1时做对比实验,Cu焊盘、Cu3Sn、Cu6Sn5和焊点的蠕变应变率敏感指数m分别为0.01627、0.0117、0.0184和0.0661。     

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.     

基于纳米压痕法分析无铅焊点内Cu6Sn5金属化合物的力学性能

采用纳米压痕技术对微电子封装中无铅焊点内界面化合物（IMC）Cu₆Sn₅的弹性模量和硬度进行了测试。根据实际工业工艺流程和服役工况,制备接近真实服役状态下的微电子封装中无铅焊点界面化合物试样;采用扫描电镜（SEM）和能量色散X射线荧光光谱仪（EDX）确定IMC的形貌和化学成分;利用连续刚度测量（CSM）技术,采用不同的加载速率对无铅焊点（Sn3.0Ag0.5Cu、Sn0.7Cu和Sn3.5Ag）内的界面化合物Cu₆Sn₅进行测量,得到载荷、硬度和弹性模量-位移曲线。根据纳米压痕结果确定Cu₆Sn₅的蠕变应力指数。     

纳米压痕法测量Sn-Ag-Cu无铅钎料BGA焊点的力学性能参数

对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅体钎料和Sn-4．0Ag-0．5Cu无铅钎料BGA(ball grid array)焊点进行了Berkovich纳米压痕法实验,通过改变不同的加载速率研究了钎料的蠕变特征．钎料压痕载荷位移曲线蠕变部分表现出了明显的加载速率相关性．基于Oliver-Pharrr法确定的体钎料和BGA焊点的Young’S模量分别为9．3和20GPa．基于压痕做功概念确定的体钎料和BGA焊点的应变速率敏感指数分别为0．1111和0．0574．钎料的力学性能有着明显的尺寸效应。     

纳米压痕测试技术在复合材料中的应用研究

纳米压痕技术广泛应用于微纳米尺度材料原位力学性能的测试,介绍了近些年来纳米压痕技术在复合材料各组分、界面性能、残余应力等表征方面的应用,在此基础上提出了纳米压痕技术在复合材料应用中存在的问题,并结合今后研究方向展望了其发展趋势和应用前景。     

Sn-Cu-Ni焊点纳米压痕试验分析

为研究金属间化合物与无铅焊点力学性能之间的关系,采用纳米压痕法测定了Sn-Cu-Ni焊点中金属间化合物及钎料基体的弹性模量和压痕硬度等力学性能参量．结果表明,Sn-Cu-Ni焊点中（Cu,Ni）6Sn5金属间化合物的弹性模量为113．2GPa±4．8GPa,压痕硬度为5．59GPa±0．32GPa,均与钎料基体有较大差...     

固溶态和时效态7075铝合金的微纳米压痕力学行为

采用微纳米压痕实验研究了固溶态和时效态7075铝合金的力学性能和压痕蠕变行为,获得了其力学本构方程、应力-应变曲线和蠕变应力指数。结果表明：两种状态铝合金的硬度和弹性模量均随着载荷的增大而减小,并在压痕深度小于1μm时表现出明显的尺寸效应。固溶态和时效态铝合金的屈服强度分别为446 MPa和497 MPa,抗拉强度分别为594 MPa和691 MPa。两种状态合金的最大蠕变深度和蠕变应力指数变化趋势相似,均随载荷和加载速率的增大而增大。     

Effect of constraint on crack propagation behavior in BGA soldered joints

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｃｒｉｔｉ ｃａｌｉｓｓｕｅｓｉｎＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ (ＳＭＴ )ｆｉｅｌｄ[1～ 3 ] .Ｔｈｅｍｏｒｅｓｅｖｅｒｅｓｅｒｖｉｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎ ,ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｄｖａｎｃｅｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃ ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒａ…     

时效对Sn-Zn无铅钎料焊点可靠性的影响

采用扫描电子显微镜及STR-1000微焊点强度仪器,研究了Sn-9Zn-0.06Nd/Cu钎焊接头在150℃时效过程中界面组织形貌和力学性能的变化.结果表明,Sn-9Zn-0.06Nd/Cu接头焊接后的界面生成了较为平坦的金属间化合物层Cu5Zn8,随着时效时间的增加,金属间化合物层不断增厚.经过时效处理,钎料中的稀土元素Nd向界面富集并在界面附近生成了Nd3Sn相,同时微焊点的拉伸力不断减小,当时效720 h后,焊点的拉伸力下降了近50%.时效后焊点断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变.     

QFP器件微焊点热疲劳行为分析

通过数值模拟可知,蠕变应变和塑性应变在时间历程处理过程中,以阶梯状累积增加.基于 Shine and Fox 模型和 Solomon 模型,运用等效应变进行 SnPb 和 SnAgCu 焊点的疲劳寿命评估,分别为 937 次和 1391 次.结果表明,焊点的拉伸力均随着热循环次数的增加而减小;SnAgCu 焊点的热循环可靠性优于 SnPb 焊点,焊点在热循环后的断裂形式已由韧性断裂转变为脆性断裂.随着热循环次数的增加,焊点界面处的金属间化合物层不断的生长,脆性的金属间化合物使得焊点的可靠性严重削弱,导致焊点的拉伸力下降.

Abstract：

The crrep strain and plastic strain of soldered joints in time history are studied and analyzed with numerical simulation method, which are found to be accumulated as ladder form.Based on Solomon and Shine and Fox models, the fatigue life values of the Sn-Pb and SnAgCu soldered joints are evaluated by equivalent strain, which are about 937 and 1 391 respectively. The experimental results showed both in experiment and simulation results indicate that the tensile force of soldered joints will be decreased with the increase of thermal cychng times, the reliability of SnAgCu after thermal cycling is better than that of Sn-Pb, the fracture mode of the soldered joints transforms from toughness fracture into brittle fracture,and the brittle intermetallic compounds at the interface of soldered joints will grow up gradually with the increase of thermal cycling times during thermal cycling process, which give a strong impact to the reliability of soldered joints and reduce the tensile force of soldered joints at the same time.     

用纳米压痕法表征钨纳米晶须的力学性能

通过化学气相沉积方法合成截面为六边形的单晶钨纳米晶须,利用纳米压痕仪和原子力显微镜对硅基底上的钨纳米晶须的力学性能进行表征。纳米压痕测试结果表明,钨纳米晶须的硬度为(6.2±1.7) GPa,弹性模量为(225±20) GPa。对比研究结果表明,钨纳米晶须的硬度与钨微米晶须的硬度相当,但比块体钨单晶高35%。这种硬度的增高是由于具有完好晶体结构的钨晶须在压痕测试中不会出现块体钨单晶中的位错崩。钨纳米晶须的弹性模量相当于钨微米晶须的80%,主要是由于纳米晶须的尺寸效应和测量过程中的基底效应所致。     

热时效过程中微米级SnAgCu焊点的界面金属间化合物形成及演变

研究微米级倒装组装焊点在150℃热时效过程中界面金属间化合物(intermetalic compound,IMC)的形成及演化.结果表明,在热时效300 h后,受铜焊盘界面扩散过来的Cu原子影响,镍焊盘界面(Ni,Cu)₃Sn₄全部转化成(Cu,Ni)₆Sn₅;在铜焊盘界面,热时效至100 h后,形成一层薄的Cu₃Sn,在随后的热时效过程中,由于Ni原子对Cu₃Sn生长的抑制作用,Cu₃Sn几乎没有生长.此外在时效100 h内,两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅生长速率增加较快,但随着时效时间的增加逐渐减慢.两侧界面(Cu,Ni)₆Sn₅顶端形貌随着时效时间的增加逐渐变平.     

QFP器件微焊点可靠性分析

通过数值模拟对QFP焊点力学性能的影响规律进行了研究,高密度化引线以及使用无铅钎料时焊点的等效应力较小.结果表明,引线数的增加以及钎料的无铅化显著提高了焊点抗拉强度,激光再流焊比红外再流焊的抗拉强度的提高了25%左右.锡铅钎料QFP断口表面晶粒较粗大,而无铅钎料的QFP断口处晶粒较细,红外再流焊加热方式下形成的焊点断口有大小不等的韧窝存在,断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征,而激光加热方式下焊点的断口呈现均匀的韧窝形貌,断裂方式属于韧性断裂.实际焊接试验结果与理论模拟结果相吻合.     

三维封装芯片键合IMC焊点应力分析及结构优化

利用ANSYS有限元软件对三维封装芯片键合过程中金属间化合物焊点及芯片的应力分布情况进行模拟,并对三维封装的结构进行了优化设计．结果表明,铜柱及焊点的第一主应力最大点出现在底层外部边缘拐角处,芯片应力最大点出现在通孔内表面;以焊点的最大应力作为响应设计正交试验,来模拟封装结构参数对焊点残余应力的影响,采用3因素3水平的正交试验,选择填充树脂的厚度、芯片厚度和填充树脂的硬度3个影响封装体内部残余应力的主要因素作为封装结构参数．填充树脂的厚度对焊点应力的影响最大,影响适中的是芯片厚度,最弱的是填充树脂的硬度．     

机械合金化制备金属间化合物MoSi2

以Si粉和Mo粉为原料采用机械合金化的方法制备了金属间化合物MoSi2。研究了球磨过程中球磨时间、球料比、转速及不同球磨机类型对机械合金化产物的影响。利用SEM观察粉末表面形貌及颗粒大小，利用XRD测定物相结构。研究结果表明，当球磨机提供的能量达到相变所需的能量时，粉末中有MoSi2相生成。通过XRD分析可以看出，随着球磨时间的延长，合金化程度逐渐提高：球磨转速的提高有助于生成MoSi2：较高的球料比可以使生成MoSi2的时间提前。在机械球磨过程中，粉末的颗粒尺寸经历了一个由较粗且不规则、不均匀粉末向细小、均匀、接近球形粉末，然后团聚增大的转化过程。此外，还研究了助磨剂对合金化产物的影响，结果表明助磨剂的加入并不能促进MoSi2的生成，但可以对颗粒的细化起到一定作用。