微量Ni对Sn2.5Ag0.7Cu钎料组织和性能的影响

研究微量Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu钎料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Sn2.5Ag0.7Cu合金主要由β-Sn相、Ag3Sn相和Cu6Sn5相组成;添加微量的Ni元素后,可以有效地细化合金的内部组织,且共晶组织内部产生以Cu6Sn5相为基的(Cu,Ni)6Sn5相,或Ag3Sn相为基的(Ag,Ni)3Sn相。焊点界面主要为Cu基体、IMC层和钎料3个区域;随着钎焊时间的延长或钎焊温度的增加,IMC层在Cu基体侧较为光滑平坦,而钎料侧呈现扇贝状分布;钎焊接头的剪切强度都是呈先增大后减小趋势,在钎焊时间240 s和钎焊温度300℃达到最大值48 MPa。     

Sn-Cu系无铅钎料的研究进展及发展趋势

以Sn0.3Ag0.7Cu为钎料,纯Cu板为基板,采用过渡液相扩散焊工艺制备Cu/Cu₃Sn/Cu₆Sn₅/Cu₃Sn/Cu多层结构全金属间化合物焊点,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了焊点的组织形貌和成分,测试了焊点的抗剪强度,研究了界面金属间化合物的生长机理。结果表明,由于温度梯度的影响,冷端Cu₆Sn₅生长速度大于热端。回流时间为5 h时,焊缝形成全金属间化合物,焊缝界面较为平整且无缺陷,抗剪强度由32.16 MPa降至21.29 MPa,降低了33.8%,断裂模式由塑性断裂最终演变为脆性断裂。

     

Sn-Zn-Nd钎料焊点高温时效界面组织演变

研究了150 ℃时效条件下,经过360,720以及3 000 h以上时效处理后Sn-Zn-Nd钎料焊点界面组织的变化. 结果表明,焊点在长期时效过程中界面层成分的变化主要由原子的扩散机制主导,随着界面附近各原子浓度的变化,界面层的成分从焊后的单一Cu₅Zn₈层逐渐转变为成分复杂的Cu-Zn-Sn多元结构. 在时效过程中,由于界面层体积的增加会受到钎料基体的阻碍,因此在界面两侧的晶界处产生了压应力. 这些应力在时效过程中不断累积,当累积到一定程度后,使得金属间化合物层表面出现了孔洞和裂纹,从而导致了焊点性能的恶化.     

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

在电子封装过程中,钎料与基体之间形成金属间化合物层,其主要成分为Cu₆Sn₅,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能. 采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点,使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析. 结果表明,Cu₆Sn₅的平均粒径正比于t0.38(t为回流时间), 界面化合物层的平均厚度正比于t0.32. 随着回流时间的增加,界面化合物生长速度变慢,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布更加均匀. 回流时间较长的样品中Cu₆Sn₅的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符,而对于回流时间短的样品,晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大. 统计结果显示,出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值. 最后讨论了界面Cu₆Sn₅晶粒的生长机制,分析了回流时间对界面Cu₆Sn₅晶粒生长方式的影响.     

Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料为研究对象,借助扫描电镜和X衍射等检测方法研究了Ni元素对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅微焊点界面IMC和力学性能的影响.结果表明,添加适量Ni元素能显著细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织,抑制焊点界面区(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物的生长和表面粗糙度的增加,提高无铅焊点抗剪强度.当Ni元素添加量为0.1%时,钎料合金组织细小均匀,共晶组织所占比例较多;焊点界面IMC薄而平整,(Cu,Ni)6Sn5颗粒尺寸小,对应焊点抗剪强度最高为45.6 MPa,较未添加Ni元素焊点提高15.2%.     

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.     

半导体激光钎焊Sn-Ag-Cu焊点的力学性能和显微组织分析

选取不同激光钎焊工艺参数,利用半导体激光软钎焊系统对Sn-Ag-Cu无铅钎料在铜基板上进行了钎焊试验,并研究了Sn-Ag-Cu焊点显微组织中金属间化合物形成规律.结果表明,当激光钎焊时间选择为1 s,激光输出功率为38.3 W时,焊点力学性能最佳.随着激光工艺参数的改变,焊点显微组织发生相应的变化.当使用最佳激光工艺参数钎焊时,形成的焊点晶粒细小,避免了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的过度生长,此外还形成了厚度适中的金属间化合物层.对比试验结果发现,激光软钎焊方法比传统红外再流焊所形成的金属间化合物层更为平缓,能够获得力学性能更为优良的焊点.     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

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。     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

Cu含量对Zn20Sn钎料力学性能的影响

对非真空熔炼的Zn20SnxCu钎料合金进行了抗拉强度和伸长率的测定,结果表明:随着Cu含量增加,Zn20SnxCu钎料合金抗拉强度逐渐增大,伸长率逐渐降低;当w(Cu)8％时,Zn20Sn8Cu合金的抗拉强度为229.9 MPa,较基体钎料提高了1.86倍,这主要与形成ε-CuZn5金属间化合物的数量和形态有关,且钎...     

快速凝固Sn2.5Ag0.7Cu钎料中金属间化合物的形态及对焊点性能的影响

利用SP009A型半自动非金属系制造器,通过铜制单辊快淬工艺制得快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金薄带,采用JSM-5610LV扫描电镜及能谱仪,研究快速凝固态钎料合金的微观形貌及金属间化合物(IMC)特征;通过钎焊接头组织与剪切断口分析,研究IMC对钎焊接头韧性的影响机制。结果表明:快速凝固态钎料合金焊点界面处形成的排列紧密的小尺寸β-Sn能有效抑制界面处IMCCu6Sn5的长大;在钎焊过程中,钎料中过饱和固溶体析出大量尺寸细小、弥散分布的金属间化合物Cu6Sn5和Ag3Sn,凝固时可作为第二相粒子与初生相混杂在一起,形成细小共晶组织分布于钎缝中,改善了焊点韧性。     

钎焊温度与时间对急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金钎焊接头性能及界面IMC生长行为的影响

对所制备的急冷型Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金进行了钎焊工艺试验,然后对钎焊接头进行了抗剪强度测试、断口形貌和显微组织分析,研究了钎焊温度与时间对接头性能以及界面金属间化合物生长行为的影响,结果表明:钎焊温度和钎焊时间不同,接头界面处金属间化合物的形成及生长情况也存在差异,并因此影响了接头的强度。     

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.     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

时效时间对Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点组织形貌及剪切性能的影响

研究了Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu复合钎料焊点在125℃时效不同时间后的微观组织和剪切性能.结果表明:随着时效时间的延长,Cu/In-Sn-2.5Ag/Cu焊点界面金属间化合物(IMCs)层厚度呈现增加的趋势,焊点界面IMCs层组织先生成Cu6(In,Sn)5相,同时焊点中生成少量的Ag9In4相,随着时效时间的...     

Pr,Nd对Sn0.3Ag0.7Cu0.5Ga无铅钎料显微组织的影响

分析了添加两种稀土元素Pr,Nd对Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga无铅钎料基体组织、焊点界面组织的影响并测定了焊点抗剪强度.结果表明,在该钎料中分别添加Pr,Nd元素可以改善钎料的显微组织,且加入Pr元素的效果优于Nd.添加Pr元素的钎料基体组织中金属间化合物分布均匀,而后者易在晶界处产生“区域”状金属间化合物,成为裂纹的发源地.稀土元素的吸附作用可以降低钎料与铜基板界面反应的剧烈程度,从而改善界面的形貌.添加Pr元素的钎料可以更好地与铜基板结合,从而提高了焊点的抗剪强度.     

界面Ni3Sn4微观形貌演变对微焊点力学性能的影响

针对Ni/(20 μm)Sn/Ni微焊点,研究界面金属间化合物(IMC)Ni3Sn4微观形貌演变及其对微焊点力学性能的影响,并对拉伸断口进行分析。结果表明,随着回流时间增加,Ni3Sn4 IMC厚度快速增加,其形貌也发生显著变化,由短棒状转变成长棒状,最后演变成块状;微焊点的抗拉强度表现为先减小、再持续增大的反常变化趋势,界面Ni3Sn4微观形貌演变成为主导因素,转变成长棒状的Ni3Sn4引起应力集中,造成微焊点的强度降低,继续转变成的块状Ni3Sn4增加了裂纹抗力,提高了抗拉强度。微焊点的断口形貌进一步证实了Ni3Sn4微观形貌演变对微焊点力学性能影响。创新点： 以互连高度为20 μm的Ni/Sn/Ni微焊点为研究对象,通过控制延长回流时间形成以Ni3Sn4 IMC为唯一变量实现其生长的方法,研究了Ni3Sn4 IMC的微观形貌演变对微焊点抗拉强度的影响。     

Cu-Ni交互作用对Cu/Sn/Ni焊点液固界面反应的影响

研究Cu/Sn/Ni焊点在250℃液固界面反应过程中Cu-Ni交互作用对界面反应的影响。结果表明:液固界面反应10 min后,Cu-Ni交互作用就已经发生,Sn/Cu及Sn/Ni界面金属间化合物(IMCs)由浸焊后的Cu6Sn5和Ni3Sn4均转变为(Cu,Ni)6Sn5,界面IMCs形貌也由扇贝状转变为短棒状。在随后的液固界面反应过程中,两界面IMCs均保持为(Cu,Ni)6Sn5类型,但随着反应的进行,界面IMC的形貌变得更加凸凹不平。Sn/Cu和Sn/Ni界面IMCs厚度均随液固界面反应时间的延长不断增加,界面IMCs生长指数分别为0.32和0.61。在液固界面反应初始阶段,Sn/Cu界面IMC的厚度大于Sn/Ni界面IMC的厚度;液固界面反应2 h后,由于Cu-Ni交互作用,Sn/Cu界面IMC的厚度要小于Sn/Ni界面IMC的厚度,并在液固界面反应6 h后分别达到15.78和23.44μm。     

低温In-3Ag钎料用于MOEMS的真空密封钎焊

采用In-3Ag钎料对封装微光机电系统(MOEMS)的可伐盖板和锗窗进行无助焊剂真空密封钎焊,分别应用SAM对钎焊界面进行缺陷检测,应用SEM及EDX对钎料与金属化界面形成的化合物进行研究以及通过拉伸试验对钎缝的抗拉强度进行分析。结果表明,应用In-3Ag钎料真空密封钎焊,可以获得均匀、无缺陷及高抗拉强度的钎缝,微观分析得出两端金属化层Au完全与液态钎料反应,分别在界面和钎料中形成连续的岛状和块状的AuIn2相,在近可伐一侧界面In,Ni和Au形成了一层连续波浪状的化合物,紧临其上是一层层状的AuIn相;锗窗一侧界面In,Pd和Ge形成一层连续的层状化合物,In和Pd在其上形成了一层层状的PdIn3相。