铜含量对Sn-Cu钎料与Cu、Ni基板钎焊界面IMC的影响

研究了不同铜含量的Sn-xCu钎料(x=0,0.1%,0.3%,0.7%,0.9%,1.5%)与Cu板和Ni板在260、280和290℃钎焊后界面金属间化合物(IMC)的成分和形貌。研究结果表明:钎料与Cu板钎焊时,钎焊温度越高,界面处形成的Cu6Sn5IMC厚度越大,而在同一钎焊温度下,随着钎料中铜含量的增加,IMC的厚度先减少后增加;与Ni板钎焊时,界面IMC的厚度随着铜含量的增加而增加,同时界面化合物的成分和形貌均发生了显著变化;当Cu含量小于0.3%(质量分数)时,界面处形成了连续的(CuxNi1-x)3Sn4层;而当Cu含量为0.7%时,界面处同时存在着短棒状(CuxNi1-x)3Sn4和大块状(CuxNi1-x)6Sn5IMC;当铜含量继续增大时(0.9%~1.5%),(CuxNi1-x)3Sn4IMC消失,只发现了棒状(CuxNi1-x)6Sn5IMC。讨论了钎料中Cu含量对与Cu、Ni基板钎焊接头界面化合物生长的影响,并进一步讨论了(CuxNi1-x)6Sn5IMC的形成和长大机理。     

Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面特征与金属间化合物的形成机理

对255℃时Sn-6.5Zn钎料/Cu基板界面反应及金属间化合物的形成与转化进行热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD研究分析255℃不同钎焊时间条件下钎料/Cu基板界面组织与IMC层形态特征。结果表明:Sn-6.5Zn钎料/Cu焊点界面紧靠Cu基板侧形成CuZn层;CuZn IMC有与钎料中的Zn原子继续反应生成Cu5Zn8 IMC的趋势;在相同钎焊温度条件下,不同钎焊时间对界面厚度影响不大;随钎焊时间延长,Sn-6.5Zn钎料/Cu基板焊点界面IMC层的平均厚度增大,界面粗糙度则由于不同钎焊时间IMC在液态钎料中生长与溶解的差异,呈现先增大而后降低到一个均衡值的变化趋势。     

合金元素对Sn-Zn系无铅钎料性能的影响

为了改善Sn-Zn系无铅钎料的综合性能,通过合金化的方法,运用正交试验法,研究了Bi、Ag、Al元素对Sn-9Zn系无铅钎料的润湿性能、抗剪强度以及熔点的影响.结果表明,钎料的润湿性随着Bi元素含量的增加而得到改善,钎料的剪切强度随着Ag元素含量的增多,先提高后降低,综合分析Sn-9zn-4 Bi-0.5Ag-0.05Al钎料的性能最佳,且差热分析表明,该钎料熔点最低,为196.97℃.同时,利用扫描电镜及能谱分析了合金元素对钎料接头显微组织的影响.     

Sn-Zn钎料与Al的作用机制

用金相、扫描电镜(SEM)和微区能谱分析研究了液态Sn-Zn共晶钎料与Al作用时的界面行为，结果表明，界面有两种作用，一是钎料中的Zn向Al晶界中渗透，在晶粒边缘形成Al-Zn固溶体；二是Al在某些界面点向Sn-Zn合金中突刺生长为针状Al-Sn-Zn固溶体晶须，从而进一步强化了钎料与母材的结合。     

Sn-Zn系无铅钎料的研究现状及发展趋势

介绍了Sn-Zn系无铅钎料的研究及应用现状,阐述了为改善Sn-Zn无铅系钎料存在的不足之处,添加各种合金元素或微量元素如Bi,Ag,In,Ga,Al,RE等元素后,对Sn-Zn系无铅钎料钎焊性能、力学性能的影响以及Sn-Zn系无铅钎料界面反应及界面金属间化合物(IMC)的研究现状.简要综述了国内外有关Sn-Zn系无铅钎料专用助焊剂的研究状况,对Sn-Zn系无铅钎料今后的研究、改进及应用方面的前景和发展方向进行了分析与预测.     

AI对Sn-Zn钎料耐腐蚀及高温抗氧化性的影响

采用浸蚀失重法、动电位极化法和热重分析法(TGA)分别研究了Al对Sn-9Zn-Al在3.5%NaCI水溶液中耐腐蚀性能和高温抗氧化性能的影响.结果表明,随着Al含量的增加,Sn-9Zn-Al的腐蚀速率增大,腐蚀电位降低,耐腐蚀性能下降.试样腐蚀后的表面形貌SEM和EDS分析表明,Sn-9zn-Al钎料中Zn和Al被选择性腐蚀,腐蚀产物主要为Zn和AJ的氢氧化物,随着Al元素含量的增加,腐蚀产物镲增多,但不致密,不能形成钝化膜.热重分析试验表明,添加微量的Al可在熔融钎料表面形成一层致密的保护膜.从而大大改善钎料的高温抗氧化性能.     

Cu颗粒增强的Sn-9Zn复合钎料/Cu钎焊接头界面反应

研究了长时间再流焊条件下,在粉状Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒增强质点(复合钎料)对Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面反应的影响.结果表明,在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu颗粒,可有效降低Sn-9Zn/Cu钎焊接头界面金属间化合物(IMC)的生长速度,从而减小界面IMC层的厚度,减少IMC层内的柯肯达尔(Kirkendall)缺陷;IMC层的厚度随再流焊时间的增加而增加,随Cu颗粒加入量的增加而减小.在现试验条件下,IMC层由Cu-Zn金属间化合物组成,未检测到Cu-Sn金属间化合物的存在.     

Ag-Cu-Ti活性钎料热力学分析

在陶瓷与金属的活性钎焊连接技术中，Ag—Cu—Ti合金是研究和应用最多的钎料之一。合金组元Ti的活度是影响钎料／陶瓷界面反应的关键因素，对钎料与陶瓷的润湿性和连接能力起着重要的作用。作者借助热力学对Ag—Cu—Ti活性钎料进行了热力学分析，重点分析了Ti的热力学活度及其与组分浓度之间的关系，计算了各组分之间的相互作用参数。分析和计算结果表明，Ti的活度随着Cu含量的增加而减小，随着Ag含量的增加而增大；Ag与Ti之间存在较大的排斥作用，两者的相互作用参数为32．83kJ／mol；而Cu与Ti之间存在强烈的吸引作用，其相互作用参数为-16．14kJ／mol；Ag—Cu—Ti合金中添加某些与Cu的结合力大、与Ti的结合力小、且与合金组元不形成高熔点化合物或脆性相的合金元素，有利于提高合金中的Ti活度。     

松香ZnCl2基钎剂对Sn-Zn基无铅钎料润湿性的影响

以松香为载体,ZnCl2为活性剂,酒精为溶剂,乙二醇为添加剂,设计了不同钎剂配方,通过铺展性试验研究了钎剂成分对Sn-Zn基无铅钎料在铜上的润湿性的影响.研究结果表明:松香-ZnCl2-酒精-乙二醇钎剂的去膜作用是松香和ZnCl2共同作用的结果,随着钎剂中ZnCl2和松香配比的增加,钎料的铺展面积先增大后减小.钎剂中的酒精具有降低钎剂黏度的作用,酒精中的水分具有增强ZnCl2去除金属氧化膜能力的作用,从而使钎剂具有促进钎料在铜上铺展的能力,但是钎焊过程中钎剂飞溅大.钎剂中的乙二醇具有增大钎剂黏度,减少钎剂飞溅的作用,但具有降低钎料润湿性的作用.ZnCl2、天然松香、酒精和乙二醇进行适当配比配制的钎剂能明显改善Sn-Zn钎料的润湿性.     

Sb 元素对 Sn-0.7Cu 钎料熔点及钎焊界面的影响

应用扫描电镜和差示扫描量热仪研究Sb元素(0.25%,0.5%,0.75%,1.0%)对Sn-0.7Cu钎料熔点及钎焊界面的影响.结果表明,Sb元素的加入使钎料的熔点升高,从226.38℃增加到227.09℃,但含量小于0.75%时熔点的变化不大,当Sb元素的含量达到1.0%时变化较大.当Sb元素的含量达到0.5%时,界面化合物的形貌发生了很大变化,扇贝状金属间化合物层变得均匀平滑,避免了大柱状的Cu6Sn5相的生成,厚度也变小,明显地抑制了金属间化合物的生长,细化了晶粒.当Sb元素的含量大于0.5%时,界面又出现大柱状的Cu6Sn5相,且界面化合物层的厚度增大.Sb元素的加入并未改变界面处金属间化合物的种类.     

电-热耦合作用下Cu/SAC305/Cu中IMC的生长及元素扩散

在一定温度及电流密度下对Cu/SAC305(Sn-3.0Ag-0.5Cu)/Cu焊点进行不同加载时间的电迁移时效试验。分析了电-热耦合作用下,焊点界面IMC的生长机理及界面近区元素扩散特征。结果表明:电-热耦合作用下阳极界面IMC(金属间化合物)层厚度变化与加载时间成抛物线关系;阴极界面IMC层形貌变化显著,其厚度随加载时间的延长呈现先增厚后减薄的变化特征;焊点界面近区元素扩散分为两个阶段:初始阶段由于焊点各部分元素浓度相差悬殊,浓度梯度引起的元素扩散起主导作用,促进两极界面IMC厚度增加;扩散到一定程度后界面近区元素浓度梯度相对减小,电子风力引起的元素扩散占主导部分,促进阴极IMC分解阳极IMC形成,导致阴极IMC层厚度减薄,阳极IMC层厚度逐渐增大。     

镀镍多壁碳纳米管对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料焊点界面行为的影响

采用机械混合法制备了不同含量(0、0.05、0.1、0.2、0.5wt%)镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs)复合Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)无铅钎料。采用F4N回流炉对SAC305-x(Ni-CNTs)钎料进行回流焊,利用电热鼓风干燥箱对焊点试样进行170 ℃时效(t=0、48 h)处理。结合DTA、SEM、EDS等分析手段研究了不同镀镍碳纳米管含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性、熔点和焊点界面金属间化合物(IMC)层的影响。结果表明:Ni-CNTs可以显著改善钎料的润湿性,降低钎料熔点;此外,Ni-CNTs可以有效抑制界面IMC层的生长,同时改变界面IMC组成。综合比较得出Ni-CNTs最佳添加量为0.05%,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,润湿角降低49.76%,熔点降低0.331 ℃;时效后界面IMC层厚度4.292 μm(t=0 h)、5.238 μm(t=48 h)相对于SAC305钎料界面IMC厚度6.529 μm(t=0 h)、8.255 μm(t=48 h)分别降低了34.26%(t=0 h)、36.55%(t=48 h),界面IMC层相组成转变为(Cu_1-xNi_x)₆Sn₅和(Cu_1-xNi_x)₃Sn。     

Sn-0.7Cu钎料与Cu基板间的润湿性研究

研究了热电耦合作用下Sn-0.7Cu无Pb钎料与纯Cu基板间的润湿性及界面反应。通过改变温度(250~350℃)、电流(1.5~4.5A)、基板的极性等参数,获得了一系列试样,测量试样的润湿角,用扫描电镜(SEM)观察截面形貌,分析了电流、温度及基板的极性对钎料与Cu基板间润湿性和界面反应的影响。结果表明,在其他参数相同时,温度升高则钎料与基板间的润湿性变好;电流增大,润湿性也可得到改善;Cu基板为阳极时的润湿性比Cu基板为阴极时更好。     

Bi、Ag对Sn-Zn无铅钎料性能与组织的影响

研究了Bi、Ag对Sn-9Zn无铅钎料系统润湿性、接头力学性能及微观组织的影响。结果表明:Sn-9Zn无铅钎料的润湿性较差,添加适量的Bi有助于提高钎料的润湿性和接头剪切强度,但同时也使接头的塑性降低;添加适量的Ag能明显改善钎料的润湿性和接头塑性,但Ag的质量分数超过1.5%时会降低钎料润湿性和接头剪切强度。Sn-9Zn-Bi系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相及Bi的析出物组成;Sn-9Zn-Ag系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相及AgZn3化合物组成。     

SnAgCu／Cu微焊点界面IMC演变及脆断分析

随着电子产业无铅化进程的推进,Sn-Ag—Cu（SAC）系无铅钎料备受关注。然而目前市场主流SAC钎料Ag含量（质量分数,3％）较高,导致其成本高,焊点的脆性较大,所以开发低银无铅钎料十分必要。文中以新型低银SAC系钎料为研究载体,对低银无铅微焊点界面金属间化合物（IMC）演变行为及微观力学性能进行了研究．     

Cu基板粗糙度对SnAgCu无铅钎料润湿性的影响

在微电子封装软钎焊领域,钎料的润湿性直接决定焊接接头的性能.文中以不加入外来元素为前提,以SAC305/Cu钎焊体系为研究对象,完成了SAC305钎料在不同粗糙度Cu基板上的润湿铺展试验,研究了Cu基板粗糙度对SnAgCu钎料润湿性及SnAgCu/Cu界面化合物形貌与分布的影响.结果表明,?SnAgCu钎料在Cu基板上...     

无铅钎料/Cu焊盘接头的界面反应

研究了无铅钎料Sn-3.8Ag-0.5Cu与Cu焊盘接头Cu-Sn界面金属间化合物的形成与长大机理。采用CALPHAD方法利用ThermoCalc软件进行了Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu合金体系亚稳相图计算,比较了界面处局部平衡时各相形成驱动力大小,预测了体系界面反应过程中的金属间化合物形成类型和反应通道;预测结果表明,界面金属间化合物有Cu₆Sn₅、Cu₃Sn,第一析出相为Cu₆Sn₅;通过SEM和EDX分析,验证了预测的准确性。根据金属学固液界面的扩散与溶解规律,分析了界面金属间化合物的形成和长大特点。     

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.     

退火时间对AgCuZnNiMn/Cu/AgCuZnNiMn多层复合钎料元素扩散行为的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和万能力学试验机等研究了500℃退火不同时间对AgCuZnNiMn/Cu/AgCuZnNiMn多层复合钎料界面元素扩散行为与钎焊力学性能的影响。结果表明：复合钎料界面扩散层主要为银基固溶体、铜基固溶体;随退火时间的增加,物相发生明显粗化,界面两侧元素不断发生互扩散,当退火时间为24 h时,界面扩散层厚度达20μm。同时,随退火时间的增加,钎焊接头界面处的应力缓释Cu层逐渐减少直至消失,接头强度从224 MPa下降到165 MPa,接头断裂机制从以韧窝为主的韧性断裂向韧-脆混合性断裂转变。表明退火时间对多层复合钎料中间层宽度设定有重要影响,而中间层的相对宽度也影响钎料的使用性能。     

激光重熔PBGA钎料球与Au/Ni/Cu焊盘的界面反应

研究了塑料球栅阵列（PBGA）钎料球重熔过程中钎料与Au/Ni/Cu焊接之间的界面反应，结果表明：界面处金属间化合物的生成与激光输入量能密切相关，当激光输入能量较小时，焊盘上的Au没有完全溶解到钎料中，界面处存在一层连续的AuSn2和一些垂直或斜向生长到钎料中的针状AuSn4化合物，增大激光输入能量，Au完全溶解到钎料中，界而处连续的AuSn2化合物层全部转化为针状AuSn4相，有部分AuSn4针从界面处折断并落入钎料中，当激光功率为18W，激光加热时间为400ms时，AuSn4相在界面处消失，以细小颗粒弥散分布在钎料内部。