纳米锑掺杂对回流焊Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb焊点界面IMC生长的影响机理

研究了纳米锑掺杂对回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb(x=0,0.2%,1.0%和2.0%)焊点界面金属间化合物(IMC)生长动力学的影响.借助扫描电镜(SEM)观察了焊点的微观结构,利用X射线能谱分析(EDX)及X射线衍射谱仪(XRD)确定了IMC的相和成分.结果表明,部分纳米锑颗粒溶解在富锡相中形成SnSb二元相,部分纳米锑颗粒溶解在Ag3Sn相中形成Ag3Sb相,剩余部分沉降在界面Cu6Sn5金属间化合物层表面.随着纳米锑含量的增加,IMC厚度减小.当纳米锑的含量为1.0%时,IMC厚度最小.通过曲线拟合,确定出界面IMC层生长指数和扩散系数.结果表明,IMC层生长指数和扩散系数均随着纳米锑含量的增加而减小.当纳米锑的含量为1.0%,IMC层生长指数和扩散系数均有最小值,分别为0.326和10.31×10-10cm2/s.由热力学相图和吸附理论可知,Sn,Sb元素之间易形成SnSb化合物,引起Sn元素的活性、Cu-Sn金属间化合物形成的驱动力和界面自由能下降,从而导致Cu6Sn5金属间化合物生长速率下降,抑制IMC生长.     

SnAgCu焊点界面金属间化合物的研究现状

SnAgCu系合金钎料是目前最有可能替代SnPb钎料的无铅钎料之一.其在回流焊过程中产生的界面金属间化合物是影响电子产品可靠性的重要因素.综述了SnAgCu钎料在Cu,Ni/Cu,Au/Ni/Cu衬底上回流焊后界面金属间化合物(IMC)的类型和产生过程,并对时效、热冲击、热循环过程中界面金属间化合物的形貌演变以及生长规...     

纳米锑掺杂对回流焊Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb焊点界面IMC生长的影响机理

研究了纳米锑掺杂对回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-xSb(x=0,0.2%,1.0%和2.0%)焊点界面金属间化合物(IMC)生长动力学的影响.借助扫描电镜(SEM)观察了焊点的微观结构,利用X射线能谱分析(EDX)及X射线衍射谱仪(XRD)确定了IMC的相和成分.结果表明,部分纳米锑颗粒溶解在富锡相中形成SnSb二元相,部分纳米锑颗粒溶解在Ag₃Sn相中形成Ag₃Sb相,剩余部分沉降在界面Cu₆Sn₅金属间化合物层表面.随着纳米锑含量的增加,IMC厚度减小.当纳米锑的含量为1.0%时,IMC厚度最小.通过曲线拟合,确定出界面IMC层生长指数和扩散系数.结果表明,IMC层生长指数和扩散系数均随着纳米锑含量的增加而减小.当纳米锑的含量为1.0%,IMC层生长指数和扩散系数均有最小值,分别为0.326和10.31×10^-10 cm²/s.由热力学相图和吸附理论可知,Sn,Sb元素之间易形成SnSb化合物,引起Sn元素的活性、Cu-Sn金属间化合物形成的驱动力和界面自由能下降,从而导致Cu₆Sn₅金属间化合物生长速率下降,抑制IMC生长.     

SnAgCu／Cu界面热循环及时效条件下化合物的生长行为

通过对等温时效与温度循环两种条件下钎料与基板间金属间化合物（IMC）生长的对比．研究了界面IMC生长的规律。采用了两条低温极限不同保温时间和循环周期相同的循环曲线,等温时效温度采用循环高温峰值温度。结果表明,随着循环周期的增加,界面IMC层的厚度增加,且低温极限温度越低时IMC生长越快。与时效条件下界面IMC生长的对比表明,在高温阶段保温时间相同时,时效条件下界面IMC的生长速率快于循环条件。     

SAC305/Cu微焊点界面金属间化合物生长速率

界面金属间化合物(IMC)的生长速率是影响钎焊接头可靠性的重要因素. 文中研究了焊点尺寸、时效温度及镍镀层对SAC305/Cu微焊点界面IMC生长速率的影响. 结果表明,焊球尺寸为200,300,400和500 μm,时效温度为100,130,160 ℃条件下,界面IMC层厚度生长速率随时效时间平方根数值的升高而增长. 焊点尺寸由小变大,界面IMC层厚度更薄,IMC的生长速率也更小. 随着时效温度的升高,界面IMC生长速率增大. 镍镀层对界面IMC的生长速率有明显的抑制作用,即降低IMC生长速率,使其增厚变缓.     

微连接Cu/SAC305/Cu界面元素扩散与几何尺寸效应

通过对不同钎料层厚度(15~50μm)的Cu/SAC305/Cu三明治结构焊缝进行高温时效处理,研究在高温时效过程中钎料层厚度对IMC生长行为的影响.结果表明,钎料层厚度对高温时效过程中的界面元素固态扩散的影响显著.钎料层厚度越小,在时效过程中界面处越有利于Cu₃Sn的生长,160℃时效相同时间后Cu₆Sn₅层与Cu₃Sn层的厚度比越小;时效过程中IMC层(Cu₆Sn₅层+Cu₃Sn层)的生长速率随着钎料层厚度的减小也呈现减小的趋势;扩散系数受钎料层尺寸的影响,扩散系数与钎料层厚度之间近似满足抛物线关系.     

含孔洞缺陷的单晶镍拉伸行为：孔洞生长和聚集机理

利用分子动力学模拟研究了孔洞中心形成平面与加载方向的夹角（θ）对单晶镍在单轴拉伸下孔洞生长和聚集行为的影响及机理。结果表明：单晶镍的屈服应力和平均流动应力随着夹角θ的增加而下降,应力下降速率随着夹角θ的增加而加快。当夹角θ=90°时（加载方向垂直于孔洞中心平面时）,单晶镍中孔洞独立生长时间最短且孔洞之间最先发生聚集,导致其最易进入软化阶段,这是由于夹角θ=90°时,单晶镍中最快的孔洞体积分数增长速率和损伤演化速率。当夹角θ=90°时,单晶镍中1/6<112>(Shockley)位错长度的显著降低,以及fcc晶体结构的原子数目向Other和hcp晶体结构的最大转变速率,导致θ=90°时单晶镍的损伤演化速率最快且损伤程度最剧烈。值得注意的是,当θ=90°时单晶镍中孔洞最易聚集是由于该条件下孔洞表面受到更大的拉应力作用。通过该工作,旨在揭示金属材料在高应变率下的孔洞聚集行为及机理,并对揭示其软化行为和断裂机理提供了理论指导。     

热时效对SnAgCu微焊点界面IMC和抗拉强度的影响

采用扫描电镜、能谱仪和微拉伸实验,研究了Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu引线对接焊点在373K不同热时效时间下焊点界面金属间化合物(IMC)的生长和抗拉强度的变化,同时对互连焊点的断口形貌及断裂模式进行了分析.结果表明:随着时效时间的延长,1)界面IMC不断增厚,其生长动力学符合抛物线生长规律;2)互连焊点的抗拉强度不断下降,其断裂模式由纯剪切断裂逐渐向微孔聚集型断裂转变.     

TiO_2纳米颗粒掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2焊点界面Cu_6Sn_5 IMC晶粒生长的影响机理

研究了Ti O2纳米颗粒掺杂影响回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-x Ti O2焊点界面Cu6Sn5金属间化合物(intermetallic compound,IMC)晶粒生长机理.基于Cu原子扩散通量驱动晶粒成熟生长(flux driven ripening,FDR)理论模型分析了Cu6Sn5IMC晶粒生长机理.结果表明,Ti O2纳米颗粒掺杂改变了焊点界面Cu6Sn5IMC晶粒形貌和尺寸.含Ti O2纳米颗粒的焊点Cu6Sn5IMC晶粒尺寸要小于不含Ti O2纳米颗粒的焊点,且晶粒分布要更加均匀.试验数据与FDR理论模型基本吻合.Cu6Sn5IMC晶粒生长指数分别为0.346,0.338,0.332和0.342,这说明Cu6Sn5IMC晶粒生长是由原子互扩散和晶粒成熟共同控制.     

熔体过热处理对SnAg3Te5合金凝固组织的影响

本文以直流四电极法、热分析法分别测量了SnAg3Te5合金熔体的电阻率-温度曲线及热分析曲线.结果表明:在连续两轮的升降温过程中,合金熔体的电阻率在远高于液相线几百度的温区内发生了不可逆转变,不同热历史下相同成分合金的热分析曲线也存在明显差异.同时,在不同冷却方式下转变前后的合金凝固组织都发生了显著变化,这些差别充分表明,SnAg3Te5合金熔体在升降温过程中的某个特定温度区间内,由于熔体内部化学短程序的打破或重组而发生了温度诱导的液态结构转变.     

等温时效对SnAg/Cu表面贴装焊点微结构及剪切强度的影响

研究了等温时效对ＳｎＡｇ／Ｃｕ表面贴装焊点微结构,Ｓｎ－Ｃｕ金属间化合物生长及其剪切强度的影响,并与常用的６２Ｓｎ３６Ｐｂ２Ａｇ／Ｃｕ焊点进行了比较,结果表明,在时效过程中,ＳｎＡｇ钎料以较小的反应速率与Ｃｕ发生反应,ＳｎＡｇ烛 显示了较强的剪切强度并且其受时效的影响较ＳｎＰｂＡｇ焊点要小。     

Effects of Surface Roughness on Solder Bump Formation by Direct Droplet Deposition

This paper presents a study of the effects of substrate surface roughness on droplet bouncing during direct solder bumping, a phenomenon that strongly affects the deposition efficiency, as well as the final bump size and shape. A theory was developed to correlate surface roughness to the potential for droplet bouncing. In addition, an experimental study was conducted by depositing Sn microdroplets on Au plated substrates with different surface roughness levels. The population densities and morphologies of the splats collected were analyzed to determine the occurrences of bouncing. The results suggest that a decreass in surface roughness reduces the potential for droplet bouncing.     

Void Shape Effects on Void Growth and Slip Systems Activity in Single Crystals

建立了含椭球形微孔的三维体胞,该模型包含了椭球形微孔的一种特例:即球形微孔。采用晶体塑性滑移理论对不同取向下,单晶合金铸造微孔形状对微孔生长和滑移系激活的影响进行了研究。结果表明,材料的晶体坐标系、椭球微孔坐标系和载荷坐标系之间的坐标转换角度以及椭球微孔的形状对于微孔的演化具有非常重要的影响。对于三维应变状态下,椭球微孔的形状、晶体取向与载荷之间的相互关系共同决定了铸造微孔体积的增长、滑移系的激活和微孔旋转。当单胞滑移系的对称性被椭球型微孔破坏,即使载荷与滑移系统具有对称性,铸造微孔也会发生旋转。虽然单晶合金具有强烈的正交各向异性,但是当铸造微孔初始形状不为球形时,材料性能的正交各向异性对铸造微孔体积增长的影响被削弱。     

镍基单晶超合金中孔洞长大的试验和有限元分析

在高温状态下，镍基单晶超合金的变形、损伤及断裂分析中，孔洞的长大都起着主要的作用。本研究进行了系列的蠕变、疲劳及热机械疲劳（TMF）试验。对试件的断面进行的SEM观察表明，所有的断面都是有许多小断面构成，在断面的中心，至少有一个孔洞。孔洞的尺寸与加载的条件相关。使用晶体塑性有限元程序对单胞模型进行分析，模拟孔洞的长大规律。给出了蠕变和弹塑性两种条件下的模拟结果及不同的晶体取向对孔穴长大的影响结果。对孔洞长大的有限元分析有助于对实验结果的理解。     

SnAgCu系无铅钎料合金力学性能及钎焊性能研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDX)及Instron电液伺服疲劳拉伸试验机,对SnAgCu系无铅钎料合金的力学性能和钎焊性能进行了研究.结果表明,适量的稀土元素Ce的添加显著地延长了Sn3Ag2.8Cu钎焊接头在室温下的蠕变断裂寿命,Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce钎焊接头的蠕变断裂寿命超过Sn3Ag2.8Cu钎料的9倍;同时,使Sn3Ag2.8Cu合金的延伸性能也得到了显著改善,伸长率达到15.7%;Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce与铜基板的扩散层厚度比Sn37Pb厚,但是比Sn3Ag2.8Cu薄.     

银铜钎料化学抛光的工艺研究

对银铜钎料化学抛光的工艺参数和抛光液组分进行了系列实验。并通过进行人工汗渍和湿热对比试验，以检验钎料的耐腐蚀性能。     

除铜工艺在锡焊料中的应用研究

在电子和太阳能光伏行业中,为达到产品要求,须在铜基材表面镀层锡焊料.而在实际生产操作中,采用的工艺一般为热浸镀锡工艺,由于操作环境温度较高,导致对铜基材造成热侵蚀,使锡焊料槽中的铜含量升高,从而影响焊料的物理、化学和使用性能,造成焊接工艺不稳定.针对此问题,对锡焊料槽中除铜工艺进行了研究,提出不同的除铜工艺.     

低银Sn-Ag-Cu-Bi-Er焊料及其焊点的拉伸性能研究

采用差热分析、润湿性和力学性能试验研究了自主研发的一种新型低银无铅焊料Sn-XAg-0.3Cu-3Bi-0.05Er(SACBE)(X=1.0,1.5,2.0)及其焊点的拉伸性能。结果显示,与Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC)焊料相比,SACBE焊料具有较低的起始熔化温度(204～206℃)和较好的润湿性。Cu/SACBE/Cu焊点的拉伸强度与Cu/SAC/Cu焊点相当,但是其韧性显著改善。表明新型低银SACBE焊料,在保持SAC焊料优良物理力学性能基础上所具有的成本优势。     

Au-Ag-Si钎料薄带加工工艺的研究

根据Au-Ag-Si系三元相图制定了熔化温度在450～500℃的共晶钎料合金，针对该共晶合金的难加工性，对其加工工艺进行厂研究。结果表明：采用二次熔炼铜模浇铸的铸锭方式可以获得均匀、细小的共晶组织：组织组成为α初晶 (α β)共晶的亚共晶合金比α β的共晶合金更有利于加工；采用先包覆Al热轧再进行冷轧结合中间退火的工艺可以制得厚度为0．1mm表面质量较好的钎料薄带。