时效温度对Sn-0.7Cu-xFe钎焊接头可靠性的影响北大核心

研究了时效温度对钎料Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头微观组织和接头拉伸强度及断口形貌的影响规律。结果表明:随着时效温度提高,焊点组织粗化,钎料中Cu_6Sn_5化合物形貌由针状向棒状转变,且长大趋势较明显,Fe颗粒的添加可以延缓时效过程中Sn-0.7Cu-x Fe接头微观组织中Cu_6Sn_5的粗化程度;钎焊接头抗拉强度随着时效温度提高呈现下降趋势,且在相同时效温度下钎料Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头抗拉强度均高于Sn-0.7Cu;随着时效温度提高,Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-0.05Fe钎料钎焊接头断口形貌主要由韧窝和河流解理花样组成,接头的断裂机制随时效温度的升高由塑性断裂逐渐转变为脆性断裂。     

时效温度对Sn-0.7Cu-xFe钎焊接头可靠性的影响

研究了时效温度对钎料Sn-0.7Cu及Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头微观组织和接头拉伸强度及断口形貌的影响规律。结果表明:随着时效温度提高,焊点组织粗化,钎料中Cu_6Sn_5化合物形貌由针状向棒状转变,且长大趋势较明显,Fe颗粒的添加可以延缓时效过程中Sn-0.7Cu-x Fe接头微观组织中Cu_6Sn_5的粗化程度;钎焊接头抗拉强度随着时效温度提高呈现下降趋势,且在相同时效温度下钎料Sn-0.7Cu-0.05Fe钎焊接头抗拉强度均高于Sn-0.7Cu;随着时效温度提高,Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-0.05Fe钎料钎焊接头断口形貌主要由韧窝和河流解理花样组成,接头的断裂机制随时效温度的升高由塑性断裂逐渐转变为脆性断裂。     

等温时效对小间隙Cu/Sn/Cu焊点组织及性能影响

研究了焊点高度为10μm的Cu/Sn/Cu微焊点接头在110℃下分别进行200、400、600、800h等温时效后界面CuSn金属间化合物的显微组织及剪切强度的演变。结果表明,随着时效时间延长,界面的金属间化合物由初始的扇贝状Cu-_6Sn_5组织逐渐演变为层状的Cu_3Sn和Cu_6Sn_5组织,并且界面金属间化合物在时效作用下不断消耗钎缝中的β-Sn向焊点中部生长,800h时效后焊点组织完全被Cu_3Sn和Cu_6Sn_5金属间化合物所取代;另外,随着时效时间的延长及界面金属间化合物的演变,焊点的剪切强度不断提高,其中当时效时间达到400h时,两端界面金属间化合物发生部分接合,剪切强度增幅较大;800h时效后试样的剪切强度为最大值。断口形貌分析表明,随着时效时间延长,焊点的断裂机制由韧性剪切断裂演变为脆性剪切断裂。     

时效处理对Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面形态的影响

研究了纳米Al_2O_3颗粒对Sn0.7Cu钎料润湿性的影响,并分析比较了时效0 h和时效250 h后Sn0.7Cu-0.5Al_2O_3/Cu焊点界面IMC的形貌和厚度变化。结果表明:添加微量的纳米Al_2O_3颗粒可以改善Sn0.7Cu钎料的润湿性,但添加过量将降低润湿铺展面积,纳米Al_2O_3颗粒的最佳添加量为0.5%,比Sn0.7Cu钎料的铺展面积提高了30.2%。焊后未时效的焊点钎料晶粒细小,界面处Cu_6Sn_5IMC层较薄,经过150℃时效,钎料晶粒粗化,IMC界面层的厚度明显增加,形貌由扇贝状变为明显的块状,界面的不平度逐步减小。界面层由单一的Cu_6Sn_5IMC层转变为Cu_6Sn_5IMC和Cn_3SnIMC两层,厚度增大了96.5%。     

热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu_6Sn_5/Cu界面处形成了一层Cu_3Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu_6Sn_5和Cu_3Sn IMC)明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。     

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.     

热循环对Sn-58Bi-xCNTs/Cu钎焊接头微观组织与力学性能的影响

研究了热循环对Cu/Sn-58Bi/Cu和Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头的微观组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)形貌、厚度变化及焊点抗拉强度和拉伸断口形貌的影响规律。结果表明,随着热循环周次的增加,钎料微观组织均出现了粗化现象,且在同一热循环条件下,Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头组织较为细小;焊点界面IMC层厚度均随热循环周次的增加而出现不断增厚的趋势,且石墨化多壁碳纳米管(CNTs)颗粒增强Sn-58Bi复合钎料焊点界面IMC层长大的趋势较为缓慢;热循环周次增加,接头的抗拉强度均呈现下降趋势;热循环处理后的Cu/Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点拉伸断口形貌主要由韧窝和少量解理面组成,Cu/Sn-58Bi/Cu焊点的断裂机制从韧性断裂转变为韧-脆混合断裂模式,Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点的断裂机制均为韧性断裂。     

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu无铅焊点剪切断裂行为的体积效应

采用直径范围为200—600μm的Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料球在Cu焊盘上制作热风重熔焊点,将重熔焊点在150℃下进行老化,并对重熔和老化焊点进行剪切测试.结果表明:重熔和老化后焊点的剪切强度都随体积的增大而减小,表现出显著的体积效应.SEM断面观察显示:较小体积焊点剪切断裂发生在钎料块体内部,表现出较好韧性;较大体积焊点则发生在近焊盘的界面处,呈现脆性断裂特征.焊盘界面处和钎料内部微观组织SEM观察表明:小体积焊点内部Ag_3Sn化合物以小颗粒状弥散分布,起到强化作用;而大体积焊点内部Ag_3Sn化合物为树枝网状分布,表现出硬脆性.金属间化合物(如Ag_3Sn和Cu_6Sn_5)的形貌和分布对焊点的断裂行为有显著的影响,是焊点剪切断裂行为体积效应的内在原因.     

热时效对铜核SAC305微焊点组织及性能的影响

对Cu/Cu-cored+SAC305/Cu微焊点及Cu/SAC305/Cu微焊点进行不同时长的热时效试验.借助扫描电镜(SEM)、动态力学分析仪(DMA)等手段,分析热时效时间对两种结构钎料焊点界面显微组织及拉伸性能的影响.结果表明:随着热时效时间的增加,焊点界面组织晶粒逐渐粗化,IMC层逐渐增厚,焊点的抗拉强度不断降低.与Cu/SAC305/Cu焊点相比,在热时效时间相同的情况下,添加Cu核可以减缓焊点界面IMC的生长速率,提高焊点的抗拉强度,而对焊点微观结构形貌的影响不显著.经断口分析发现,两种焊点断口均表现为脆性断裂特征;但Cu/Cu-cored+SAC305/Cu焊点断口表面有少量韧窝,表现出一定的韧性.     

Sn-5Sb-CuNiAg/Ni微焊点抗时效性能的研究

以适合功率器件互联的Sn-5Sb基钎料与Cu镀Ni基板连接为研究对象,研究Sn-5Sb钎料中添加Cu,Ni,Ag元素对接头的抗时效性能的影响。将三种Sn-5Sb-CuNiAg钎料、Sn-5Sb,SAC305分别与Cu镀Ni基板连接,借助SEM和EDX,进行微观组织对比分析,研究体钎料在时效过程中的基体组织及化合物的演变规律,界面化合物的生长随时效时间的演变规律。结果表明,Sn-5Sb-CuNiAg和SAC305体钎料中主要为块状化合物(Cu,Ni)_6Sn_5和颗粒状银锡化合物,Sn-5Sb体钎料主要为块状化合物(Cu,Ni)_6Sn_5。随时效时间延长,体钎料中的化合物均变得粗大。界面化合物层明显变厚,化合物形貌从不规则的锯齿状逐渐向平缓均匀的层状转变。Sn-5Sb-CuNiAg焊点的界面化合物层厚度比Sn-5Sb、SAC305焊点的界面化合物层厚度相对要薄,Sn-5Sb-CuNiAg焊点具有更好的抗热时效性能。添加0. 5%质量分数的Cu和0. 1%质量分数的Ni元素对界面IMC的生长速率有抑制作用。     

Sn-58Bi/Cu界面化合物相表面在固态时效下的快速演化

通过对Cu/Sn-58Bi/Cu互连接头在120℃时效0天、 1天、 3天和5天试验,观察界面化合物在接头表面生长与演化;发现Sn-58Bi/Cu界面化合物表面具有2种形貌:靠近钎料端的界面化合物大而紧实;靠近铜端小而松散,呈颗粒状;化合物生长速率在时效初期(0～3天)非常迅速,认为是Cu_6Sn_5控制的化合物生长过程; 3～5天的化合物生长,主要由消耗Cu_6Sn_5形成Cu_3Sn的过程控制,化合物生长变慢。     

基板间距对Cu/Sn58Bi-1.5Al_2O_3/Cu钎焊接头组织性能的影响

采用回流焊工艺,制备不同铜基板间距的Cu/Sn58Bi-1.5Al_2O_3/Cu钎焊接头,并进行90℃×24 h的高温时效处理。通过界面微观组织观察、化学成分分析、拉伸性能检测和断口机理分析,研究基板间距对钎焊接头组织和性能的影响。结果表明:焊后,随着基板间距的增大,界面Cu_6Sn_5IMC层的厚度变小,解理台阶的宽度逐步减小,抵抗变形的能力提高。高温时效后,富Bi相组织由焊后的长条状转变为大的块状,界面原先呈扇贝状的IMC层增厚,凸起状变得平缓,并分为Cu_6Sn_5和Cn_3Sn两层金属间化合物。随基板间距的增大,焊后接头及高温时效后接头的抗拉强度均增大;相同基板间距下,与焊后接头相比,高温时效后的接头抗拉强度下降,拉伸断口的断裂位置由焊后的钎料部位变为钎料与Cu基板的交界处。硬脆的IMC层增厚和富Bi层的聚集这两个原因导致了接头失效。     

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.     

时效对SnCuSb/Cu钎焊接头抗剪强度与断口特征的影响

研究了150℃时效对Sn-0.7Cu-xSb/Cu(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)钎焊接头抗剪强度和断口特征的影响.结果表明,随着Sb元素含量的增加,钎焊接头的抗剪强度升高;接头抗剪强度随时效时间的增加而明显降低.接头剪切断裂的位置是在钎料上,也出现在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间.对于焊后态试样,其断裂位置在钎料上的情况占绝大部分,断口上分布有大量韧窝,断裂类型主要是韧性断裂.随时效时间的增加,接头的断裂位置向钎料与界面化合物各占一半过渡.时效500h,断口处已经可以看到Cu3Sn的存在,断口已经由韧性转变为脆性.     

基板间距对超声协振复合钎焊SnBi-xAl_2O_3微焊点组织及性能的影响

采用超声协振复合钎焊的新方法,选取Al_2O_3含量为1.5%(质量分数)的SnBi复合钎料,并选用0.5mm,0.8mm和1mm三种铜基板间距制成微型对接接头,借助于显微硬度计和自制的微力学测试系统对其力学性能进行表征,采用扫描电子显微镜对试样的显微组织和断口形貌进行观察,并利用能谱仪检测金属间化合物的成分。研究结果表明:超声协振复合钎焊的方法可以促进液态钎料在基板上的扩展,提高润湿性,充满焊缝。随着基板间距的增大,钎料合金的组织细化,界面处的IMC条带区逐步变薄,提高了焊点的可靠性。靠近复合钎料处为Cu_6Sn_5IMC,靠铜基板处为Cu_3SnIMC。适当提高基板间距,有助于显微硬度、抗拉强度和断后伸长率的提高。     

加载速率和钎料厚度对SnAgCu/Cu焊点剪切行为影响

采用四种加载速率(1,0.1,0.01,0.001 mm/s),对四种钎料厚度(0.1,0.2,0.3,0.6 mm)的SnAgCu/Cu搭接焊点进行了剪切破坏试验,分析了不同加载速率以及钎料尺寸对焊点抗剪切性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了剪切试样断口形貌、裂纹的萌生位置及扩展路径,阐释了SnAgCu/Cu焊点断裂失效机理. 结果表明,加载速率在0.001~1 mm/s范围内,焊点抗剪切强度随加载速率的增加而增大,不同加载速率条件下焊点的断裂模式都为韧性断裂. 不同钎料厚度的SnAgCu/Cu焊点随着焊点厚度的减小,其抗剪切性能提高,表现出明显的体积效应,其裂纹萌生位置逐渐由焊点内部向IMC层转移. 焊点断口形貌为拉伸撕裂型伸长韧窝和剪切平面,断裂机理为微孔聚集型-纯剪切复合断裂.     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

Cu/Sn/Cu微焊点界面反应的微观组织

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了Cu/Sn/Cu微焊点焊后态以及110℃×400h时效态的界面反应状况。结果表明,Cu/Sn/Cu微焊点界面反应后的组织由Cu_6Sn_5、Cu_3Sn与β-Sn构成。经110℃×400h时效后,β-Sn被大量消耗,Cu_6Sn_5由焊后态的扇贝状向多边形块状转变,Cu_3Sn仍保持长条状。另外,400h时效后,Cu_6Sn_5的(0001)面择优取向特点不变,且0001晶向平行于RD(轧向)方向。计算取向差角分析400h时效后生成的Cu_6Sn_5界面类型,发现取向差角分别约为53°、45°、36°,为大角度晶界。组织形貌与晶粒取向分析的结果表明,等温时效对焊点微观组织取向影响较小,但对组织的转变与生长影响极大。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响EI北大核心CSCD

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

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