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.     

β-Sn晶粒取向及温度对Cu/SAC305/Cu微焊点时效界面反应的影响

为了探究不同等温时效温度下β-Sn晶粒取向及晶界特征对界面反应的影响,采用准原位观测手段对不同Sn取向的Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu(Cu/SAC305/Cu)微焊点进行研究. 结果表明,在不同温度下时效时,微焊点两侧界面IMC(Cu₆Sn₅ + Cu₃Sn两相)自始至终呈现对称性生长,表明时效过程中β-Sn晶粒取向及晶界的存在不会影响界面反应. 但是随着时效温度的升高,界面IMC的形貌和厚度发生明显变化. 在100 ℃时效后,界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的不连续的Cu₃Sn层;在125 ℃时效后,界面处生成扇贝状的Cu₆Sn₅和较薄的连续的Cu₃Sn层;而在150 ℃时效后,界面IMC由层状Cu₆Sn₅和层状Cu₃Sn双层结构组成. 时效温度的升高促使Cu和Sn原子扩散加快,促进了扇贝状Cu₆Sn₅向层状转变并造成Cu₃Sn的快速生长. 同时,基于界面IMC厚度随时效时间的演变规律,获得了不同时效温度下微焊点界面IMC生长曲线,可为Sn基微焊点的可靠性评价提供依据.     

界面金属间化合物对铜基Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点拉伸断裂性能的影响

研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在(150±1)℃时效温度下,0～1 000 h不同时间时效后焊点的拉伸断裂性能以及界面金属间化合物(IMC)的组织形态和成分.结果表明随着时效时间的延长,焊点拉伸强度降低,拉伸断裂主要发生于Solder/IMC界面或/和IMC/IMC界面,而且断口形貌逐渐由韧窝状断口为主向解理型脆性断口转变.SEM研究发现,时效过程中界面IMC不断长大、增厚并呈针状或块状从Cu/Solder界面向焊点心部生长,时效1 000 h的焊点中IMC分层明显.半焊点结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder,同时,在靠近铜基体的IMC中有Kirkendall空洞存在.     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面金属间化合物生长行为

基于自制多场耦合装置,研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu钎焊接头在多场耦合时效过程中界面金属间化合物(IMC)的显微组织变化和生长行为。结果表明,在相同的时效时间内,时效温度越高,界面IMC生长越快。当钎焊接头在85、125和150℃多场耦合时效时,IMC的形貌由扇贝状转变为较平整的层状。在多场耦合时效过程中,在Cu6Sn5层中发现了白色的Ag3Sn颗粒,而且普遍出现在Cu6Sn5凹陷处。界面IMC的生长厚度与时效时间的平方根成线性关系,其生长受扩散机制影响。多场耦合时效降低了界面IMC的激活能,整个IMC层的激活能为49 kJ/mol。     

界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-Ag-Cu/Cu(Ni)BGA焊点界面IMC形成与演化的影响

研究了焊盘材料界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu(Ni)BGA(Ball Grid Array)结构焊点焊后态和125℃等温时效过程中界面金属间化合物(IMC)的成分、形貌和生长动力学的影响.结果表明.凸点下金属层(UBM)Ni界面IMC的成分与钎料中Cu含量有关,钎料中Cu含量较高时界面IMC为(Cu.Ni)6Sn5.而Cu含量较低时,则生成(Cu,Ni)_3Sn_4;Cu-Ni耦合易导致Cu/Sn-3.0Ag 0.5Cu/Ni焊点中钎料/Ni界面IMC异常生长并产生剥离而进入钎料.125℃等温时效过程中.Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率常数随钎料中Cu含量增加而提高.Cu Cu耦合降低一次回流侧IMC生长速率常数;Cu Ni耦合和Ni-Ni耦合均导致焊点一次回流Ni侧界面IMC的生长速率常数增大,但Ni对界面IMC生长动力学的影响大于Cu;Ni有利于抑制Cu界面Cu_3Sn生长.降低界面IMC生长速率,但Cu-Ni耦合对Cu界面Cu_3Sn中Kirkendall空洞率无明显影响     

添加0.10%Ce对Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料与Cu基板间界面IMC的影响

研究Sn-0.7Cu-0.5Ni-xCe(x=0,0.1)焊料与铜基板间543K钎焊以及453K恒温时效对界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:往Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料合金中添加0.10%Ce,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长;焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效10d后,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce这2种焊料中均有Cu3Sn形成,与Sn-0.7Cu-0.5Ni/Cu焊点相比,Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce/Cu界面IMC层较为平整;该界面IMC的形成与生长均受扩散控制,主要取决于Cu原子的扩散,添加稀土元素Ce能抑制Cu原子的扩散,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce焊点界面IMC层的生长速率分别为6.15×10-18和5.38×10?18m2/s。     

BGA焊点SAC305/ENEPIG/Cu界面反应演化及力学性能的尺寸效应

将直径为300、500和760μm的SAC305(Sn3.0Ag0.5Cu)焊球在ENEPIG/Cu焊盘上进行3次回流焊形成SAC305/ENEPIG/Cu焊点，并在185℃对焊点进行了时效(0～1000 h)处理，研究了焊球直径对回流及时效后微焊点界面金属间化合物(IMC)反应和演变的影响，分析了不同焊球直径的焊点在不同剪切速率下(0.2和20 mm/s)的剪切强度与断裂模式。结果表明：随焊球直径减小和时效时间延长，焊点界面金属间化合物(IMC)由单相(Cu, Ni)₆Sn₅向(Ni, Cu)₃Sn₄和(Cu, Ni)₆Sn₅两相演化，IMC生长速率随焊点尺寸的增大而减小，表现出明显尺寸效应；焊点剪切强度随剪切速率减小和时效时间增加而降低，且大尺寸焊点剪切强度的下降程度明显弱于小尺寸焊点，在高速(20 mm/s)剪切条件下，所有尺寸焊点时效300 h后断面均呈韧性断裂。     

Sn3.0Ag0.5Cu焊材与基体间IMC层微结构演化及力学行为分析

以Sn3.0Ag0.5Cu焊接材料为研究对象,分析了Sn3.0Ag0.5Cu焊接材料与基体间IMC层的微观结构,探索了IMC微结构对焊锡接点断裂模式和拉伸强度的影响。结果表明,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面是由IMC层、Sn3.0Ag0.5Cu焊料和Cu基体3部分组成。EDS定性分析了界面处的组织成分,发现有金属间化合物Cu3Sn和Cu6Sn5的存在。焊锡接点的断裂方式随着时效时间的延长,逐渐由韧性断裂转换为脆性断裂,拉伸强度并不是处于一直降低的状态,出现了一个小波动。     

焊锡接点IMC层微结构演化与力学行为

研究了150℃等温时效过程中无Pb焊料Sn3.0Ag0.5Cu与Cu基体间金属间化合物(intermetallic compound,IMC)的生长速率及形貌演化,以及IMC的生长演化对焊锡接点力学性能的影响.结果表明,IMC厚度与等温时效时间的平方根呈线性增长关系,随着等温时效时间的增加,IMC与焊料界面由初始的凹凸不平的扇贝状形貌逐渐变得平坦.IMC厚度和界面粗糙度共同影响焊锡接点的拉伸强度和断裂模式,随着时效时间的增加,IMC变厚,同时焊料与IMC界面变平坦,断裂模式由焊料内部的韧性断裂逐渐转变为IMC层内部的脆性断裂.     

倒装芯片组装中微米级互连焊点的界面金属间化合物生长及动力学

利用焊点间距为100 μm,高度约为45 μm,成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu (wt％) (SAC305)的倒装硅芯片与BT树脂基板组装互连,分别在150、125和100℃条件下时效至650 h.研究时效过程中界面主要金属间化合物的生长,结合经验功率定律及阿伦斯公式计算基板侧Cu焊盘界面IMC生长的动力学参数,对IMC的生长动力学探讨.结果表明,在互连回流后,双侧焊盘界面主要IMC为(Cu,Ni)6Sn5.在时效前100 h,(Cu,Ni)6Sn5生长速率较快;而在随后的时效过程中,随时效时间的增加生长速率逐渐降低.界面主要金属间化合物(Cu,Ni)6Sn5生长动力学研究结果可知:150、125以及100℃条件下时间参数分别为2.61、2.35和2.18,界面(Cu,Ni)6Sn5的生长激活能为67.89 kJ/mol.     

Fe-1.12Cu合金中Cu的脱溶

含铜高纯低碳钢具有高强度、高韧性等多种优良的性能。本文研究了Fe-1.12Cu合金在固溶、沉淀过程中组织结构的变化规律。结果表明,Fe-1.12Cu合金在固溶态存在铜原子的偏聚区,呈现短程有序结构;在时效峰处,铜原子在有序畴中呈现有序排列,并与基体共格;在过时效阶段,有序畴经类B2结构等过渡相,逐渐演化成fcc的ε-Cu颗粒。     

剪切应力作用下的Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点蠕变性能研究

研究了Cu/Sn-0.7Cu/Cu焊点在蠕变温度为100℃,剪切应力分别为3.62、2.53和1.78 MPa时的蠕变行为。结果表明,3种应力状态下,焊点都呈现出初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个典型阶段,并且随着蠕变应力的降低,蠕变寿命延长、稳态阶段的应变速率降低;当蠕变应力较大时,蠕变断裂受位错的滑移、攀移机制控制,而当蠕变应力较小时,蠕变断裂受晶界滑移机制控制;断裂位置位于焊点内部中心。在试验条件下,界面IMC对焊点的蠕变性能没有显著的影响。     

铜器的表面着色研究(上)

研究钢及其合金表面着色过程的规律和基本原理,对铜及其合金表面着色的化学反应机理也进行了相应的探讨。     

Low-Temperature Oxidation of Cu(100), Cu(110) and Cu(111)

To better understand the oxidation kinetics of Cu, the oxidation kinetics of Cu(111) in the low-temperature range of 313–453 K were studied using spectroscopic ellipsometry. The low-temperature oxidations of Cu(100) and Cu(110) were also investigated and compared against Cu(111). Similar to the kinetics of Cu(111), those of Cu(100) and Cu(110) depend on the oxide thickness, which exhibit logarithmic behavior for oxide thicknesses under 5 nm, cubic behavior in the range of 5–25 nm, and parabolic behavior over 25 nm. A diffusion model was developed to simulate the kinetics of Cu(100), Cu(110) and Cu(111).     

Cu-Cr原位复合材料中Cu/Cu、Cu/Cr界面HRTEM分析

对大变形制备的Cu-Cr原位复合材料的相界面进行HRTEM分析.结果表明:在Cu/Cu界面观察到两种界面衬度,即完全共格和错配位错衬度;Cu/Cr界面观察到完全共格和波纹图衬度.且发现在应变量η=6.43时,Cu/Cr界面中的Cr侧通过晶内畸变位错调节与基体的应变差异,保持界面的共格状态.     

Cu基板退火处理的Cu/Sn58Bi/Cu钎焊接头界面微结构

研究了铜基板退火处理对Cu/Sn58Bi界面微结构的影响. 结果表明,在回流以及时效24 h后Cu/Sn58Bi/Cu界面只观察到Cu₆Sn₅. 随着时效时间的增加,在界面形成了Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的双金属间化合物(IMC)层,并且IMC层厚度也随之增加. 长时间时效过程中,在未退火处理的铜基板界面产生了较多铋偏析,而在退火处理的铜基板界面较少产生铋偏析. 比较退火处理以及未退火处理的铜基板与钎料界面IMC层生长速率常数,发现铜基板退火处理能减缓IMC层生长,主要归因于对铜基板进行退火处理能够有效的消除铜基板的内应力与组织缺陷,从而减缓Cu原子的扩散,起到减缓IMC生长的作用.     

Cu／Mo／Cu爆炸复合界面组织特征

用爆炸复合的方法,试制出了Cu/Mo/Cu板材。用光学显微镜和扫描电镜研究了其界面组织特征;并利用显微硬度考察了界面附近硬度及界面附近的形变特点。结果表明：Cu/Mo/Cu复合材具有波形结合面和平直结合面;波形界面存在熔区,其熔区的显微硬度高于Cu基体而低于Mo基体。