Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.1RE/Cu钎焊界面区IMC及接头性能

采用扫描电镜和X射线衍射等检测手段,研究了钎焊工艺参数对Sn 2.5Ag 0.7Cu 0.1RE/Cu界面金属间化合物(IMC)长大及钎焊接头剪切强度的影响.结果表明,Sn 2.5Ag 0.7Cu 0.1RE/Cu钎焊界面区形成了波浪状Cu6Sn5金属间化合物(IMC).随钎焊时间延长、钎焊温度升高,界面波浪状Cu6Sn5相转变为较大尺寸的扇贝状,其厚度及界面粗糙度相应增大.当钎焊温度为270 ℃、钎焊时间为180 s时,Cu6Sn5相厚度较薄,为2.2 μm;界面光滑,其粗糙度为1.26 μm,接头剪切强度值最高.     

活性元素对Sn-2.5Ag-0.7Cu-xGe钎料润湿性能的影响

采用铺展试验法研究了Sn-2.5Ag-0.7Cu-xGe无铅钎料在铜基板上的润湿性能;对比了在钎料中添加活性元素锗前后的铺展润湿面积;研究了钎剂中SnCl2的含量对Sn-2.5Ag-0.7Cu-xGe无铅钎料润湿性能的影响规律;分析了锗与SnCl2的交互作用对焊接性能的影响。结果表明:在钎料中加入锗元素后,钎料的润湿性能会逐渐升高,当Ge含量超过0.5%时铺展面积会逐渐下降。SnCl2对钎剂的活性有很大程度的改善,在含量为4.5%时效果较好,当继续增加其含量时虽然会加大润湿面积,但同时也会出现大量的腐蚀性残留物,并且基板出现轻微溶蚀现象。综合分析得出,钎料与助焊剂的最佳组合是Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.5Ge钎料与乙醇-30%松香-4.5%氯化亚锡溶液钎剂匹配。     

Sn-2.5Ag-0.7Cu-XGe钎料显微组织与熔化特性

应用扫描电子显微镜和差式扫描量热仪研究了Sn-2.5Ag-0.7Cu-XGe系三个成分的无铅钎料.结果表明,该合金系的显微组织为鹅卵石状的初晶晶粒加上分散微细条状和小颗粒状的共晶组织.在钎料中添加0.5%或1.0%的Ge元素,显微组织的形貌没有改变,但其中的金属间化合物Ag3Sn和Cu6Sn5趋于细化,分布趋于均匀,Ag3 Sn相从长条状向细小针状转变.加入Ge元素后合金的熔化开始、熔化峰值和熔化结束温度都有所降低.同时Ge元素的加入使熔化曲线的吸热峰宽度变窄,熔化结束部分变长,但对熔化温度区间的影响较小.     

Cu-0.1Ag-0.1Fe合金的相变动力学

通过对Cu-0.1Ag-0.1Fe合金恒温时效过程中的导电率与析出的新相体积间的关系的测定与分析,研究了该合金的时效动力学,并由此确定了不同温度下描述新相转变比率与时效时间关系的Avrami经验方程和计算导电率随时效时间变化的导电率方程,从而描绘出不同温度时效时的相变动力学"S"曲线以及等温转变"C"曲线。     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb无铅钎料润湿性

研究了微量Sb元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性的影响,采用润湿平衡法探讨了Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料在不同氛围和不同钎剂条件下的润湿性能.结果表明,微量的Sb元素可以显著提高Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿性.在氮气氛围条件下,Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性得到显著改善,主要基于氮气氛围减小熔融钎料的氧化.辅助不同的钎剂,钎料的润湿性差异较大,选择合适的钎剂可以明显提高Sn-0.3Ag-0.7Cu-xSb钎料的润湿性.     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料熔点及润湿性能的影响

研究了添加适量的Bi元素对低银型Sn-0．3Ag-0．7Cu无铅钎料合金性能的影响,应用差示扫描量热仪和SAT-5100型润湿平衡仪对Sn-0．3Ag-0．7Cu·xBi（x=0.1,3,4．5）钎料的熔点、润湿性能作了对比试验分析。结果表明,一定量Bi元素的加入可以降低Sn-0．3Ag-0．7Cu钎料合金的熔点,并改善其润湿性能。但过多的Bi元素会导致钎料的液固相线温度差增大,塑性下降,造成焊点剥离缺陷。综合考虑得到Sn-0．3Ag-0．7Cu-3．0Bi无铅钎料具有最佳的综合性能。     

Sn-3.8Ag-0.7Cu-1.0Er无铅钎料中Sn晶须变截面生长现象

在Sn-3.8Ag-0.7Cu无铅钎料中添加质量分数为1%的稀土Er会在其内部形成尺寸较大的稀土相ErSna.暴露于空气中ErSn3将发生氧化,同时在其表面会出现Sn晶须的快速生长现象.室温时效条件下,在氧化的ErSn3表面会生长出少量的杆状Sn晶须,Sn晶须的截面尺寸会发生连续变化;高温时效条件下,在氧化的ErSn3表面会生长出大量的针状Sn晶须,Sn晶须的截面尺寸会发生阶梯式变化.提出了ErSn3氧化过程中体积应变能是一个变量的模型,可以解释观察到的现象.     

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料显微组织和润湿性能的影响

采用XJP-300型光学显微镜以及日立扫描电子显微镜S-3400N对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr无铅钎料的显微组织进行观察和分析,采用润湿平衡法,研究了钎料在Cu基板上的润湿性能。研究结果表明,微量稀土Pr可以改善Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织和润湿性能。当Pr的添加量约为0.05%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料的显微组织得到最大程度的细化以及均匀化,同时钎料具有最大润湿力。在260℃的钎焊温度下,SnAgCu-0.1Pr的润湿力与SnAgCu钎料相比,提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。当Pr含量继续增加时,钎料中出现大块的稀土相。同时钎料的润湿时间增长,润湿性能变差。     

稀土Pr对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料润湿性能和微焊点力学性能的影响

采用润湿平衡法研究了微量稀土Pr元素对Sn-0.3Ag-0.7Cu在Cu基板上润湿性能的影响规律,并借助STR-1000型微焊点强度测试对Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr微焊点的力学性能。结果表明,随着稀土Pr含量的增加,钎料在Cu基板上的润湿力逐渐增加,润湿时间缩短。当Pr的质量分数在0.05%~0.1%时,Sn-0.3Ag-0.7Cu-x Pr钎料的润湿性能最好。在260℃的试验条件下,Sn Ag Cu-0.1Pr相比Sn Ag Cu钎料润湿力提高了5.0%,润湿时间降低了16.9%。且当Pr含量约为0.05%时,微焊点的力学性能最佳,焊点的剪切强度提高了8.5%。     

微连接用Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)钎料焊点界面Cu6Sn5的长大行为

利用XRD、SEM及EDAX研究了钎焊和时效过程中低银Sn-2.5Ag-0.7Cu(0.1RE)/Cu焊点界面区显微组织和Cu6Sn5金属间化合物的生长行为。结果表明,钎焊过程中焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物的厚度是溶解和生长两方面共同作用的结果;随时效时间的增加,焊点界面区Cu6Sn5的形貌由扇贝状转变为层状,其长大动力学符合抛物线规律,由扩散机制控制;添加0.1%(质量分数,下同)的RE能有效减慢界面Cu6Sn5金属间化合物在钎焊及时效过程中的长大速度,改变焊点的断裂机制,提高其可靠性。     

Cu-0.1Ag-0.26Cr合金的时效析出动力学

采用真空熔炼的方法制备了Cu-0.1Ag-0.26Cr合金,通过显微硬度、电导率测试等方法,对合金的时效性能进行了研究,利用Avrami方程结合时效过程中电导率的变化分析了合金的相变动力学.结果表明:试验合金在450℃时效2h达到电导率和显微硬度的良好结合,导电率87.36％IACS,显微硬度125 HV;合金在500℃时效时的相变动力学方程为f=1- exp( -0.1305t0.3709),导电率方程为σ=54.82+ 35.33×(1- exp(-0.1305t0.3709)).     

稀土Pr对低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga钎料蠕变行为影响的研究

为进一步促进电子封装用低银无铅钎料的发展,本文采用纳米压痕法研究了新型含Pr低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga (SAC-Ga)钎料显微组织与蠕变性能之间的关系。结果表明,SAC-Ga、SAC-Ga-0.06Pr、SAC-Ga-0.5Pr三种钎料的蠕变位移分别为1717 nm、1144 nm、1472 nm;稀土Pr可通过细化Cu₆Sn₅金属间化合物并促使其均匀分布从而明显提高SAC-Ga钎料的蠕变强度;与SAC-Ga-0.06Pr钎料相比,SAC-Ga-0.5Pr由于过量稀土Pr的表面氧化而导致其蠕变强度有所下降。此外,本文采用Dorn模型研究了含Pr的SAC-Ga钎料的室温蠕变行为并计算了对应的钎料蠕变应力指数n;阐明了Pr对SAC-Ga钎料蠕变强度的强化机理,即当位错遇到细小且均匀分布的Cu₆Sn₅ 金属间化合物时,位错移动只能采用绕过机制,从而提高了含Pr低银钎料的抗蠕变性能。     

Sn-0.3Ag-0.7Cu-xNd钎料显微组织及性能

研究了稀土元素Nd的添加量对超低银无铅钎料Sn-0.3Ag-0.7Cu的润湿性能、显微组织和力学性能的影响.结果表明,微量Nd元素的加入可以显著改善Sn-0.3Ag-0.7Cu超低银无铅钎料的润湿性能和焊点的力学性能,并且能够起到细化基体组织的作用.当钎料中Nd元素的质量分数达到0.1%时,钎料的综合性能最佳,基体组织最为均匀细化.虽然Ag元素含量的降低使钎料的性能有所下降,但是加入适量Nd元素后钎料的润湿性能已接近传统Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料.     

La对Sn-0.3Ag-0.7Cu回流焊点纳米力学性能影响

随着电子产业的不断发展,对微连接焊点可靠性的要求越来越高. 文中在Sn-0.3Ag-0.7Cu的基础上添加第四种微量元素La,并制备出多种不同铼含量的焊球,通过回流焊得到Sn-0.3Ag-0.7Cu-xLa焊点. 采用纳米压痕仪对焊点进行一次加载—卸载试验,对试验所得到的载荷—位移数据通过采用Ma物理反解析法可得出焊点的纳米压痕硬度H、弹性模量E及蠕变速率敏感指数m等焊点的性能参数.研究稀土元素La对焊点纳米力学性能的影响. 结果表明,随着微量稀土元素La含量的增加,焊点的硬度、弹性模量表现出明显的增长趋势,而且抗蠕变性能随着铼含量的上升呈线性上升趋势.     

稀土Pr对低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga钎料蠕变行为的影响（英文）

为进一步促进电子封装用低银无铅钎料的发展,本实验采用纳米压痕法研究了新型含Pr低银Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga(SAC-Ga)钎料显微组织与蠕变性能之间的关系。结果表明,SAC-Ga、SAC-Ga-0.06Pr、SAC-Ga-0.5Pr 3种钎料的蠕变位移分别为1717,1144,1472nm;稀土Pr可通过细化Cu6Sn5金属间化合物并促使其均匀分布从而明显提高SAC-Ga钎料的蠕变强度;与SAC-Ga-0.06Pr钎料相比,SAC-Ga-0.5Pr由于过量稀土Pr的表面氧化而导致其蠕变强度有所下降。此外,本实验采用Dorn模型研究了含Pr的SAC-Ga钎料的室温蠕变行为并计算了对应的钎料蠕变应力指数n;阐明了Pr对SAC-Ga钎料蠕变强度的强化机理,即当位错遇到细小且均匀分布的Cu6Sn5金属间化合物时,位错移动只能采用绕过机制,从而提高了含Pr低银钎料的抗蠕变性能。     

高强高导Cu-0.1Ag-0.11Cr合金的强化机制

Cu-Ag-Cr合金是一种高强度高电导新型材料.采用真空熔炼的方法制备了Cu-Ag-Cr合金,经合适的工艺处理后,在电导率基本上不降低的前提下,能显著提高合金的强度和硬度,抗拉强度达到529 MPa,电导率为92.11%(IACS),基本满足对铜合金高强高导的性能要求.在同样条件下,与Cu-Ag合金相比,其强度和硬度的提高主要是由共格析出强化造成,由于析出相尺寸较大,以Orowan机制强化,强化效应与采用Orowan强化机制计算的结果非常接近.     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的影响

无铅钎料和基板间金属间化合物(1MC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi无铅钎料与Ni盘进行焊接,并对焊点进行了180℃时效试验,时效时间分别为O、24、96、216和384h.采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察分析了钎料与Ni界面IMC的生长及形貌变化,并对其焊点IMC层Ni的分布进行了分析,同时对其界面生长速率进行了拟合.结果表明:Sn-0.3Ag-0.7Cu焊料与Ni焊盘之间的IMC是棒状的(CuxNi1-x)6Sn5,Bi的加入并没有起到很好的抑制作用,而是随着Bi含量的增加IMC先增加后减少.Sn-O.3Ag-0.7Cu/Ni焊点IMC中Ni的平均含量(wN)分为15%、5%两区域.由近Ni向钎料基体方向呈下降趋势.但是Sn-O.3Ag-0.7Cu-3.0Bi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量在7%左右.时效后IMC层的厚度会随着老化时间的延长而增加,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点由于Bi的析出IMC增长得缓慢;Sn-0.3Ag-0.7Cu/Ni焊点(CuxNi1-x)6Sn5中15%Ni的含量区域逐渐过渡到5%区域,但是Sn-0.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC中Ni的平均含量维持9%较时效前有所增加.通过生长速率计算,Sn-O.3Ag-0.7Cu-xBi/Ni焊点IMC的生长速率随着Bi含量的增加而减少.     

Nd对Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点高温可靠性的影响

通过研究150℃时效条件下Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力变化和界面微观结构演变,探讨稀土元素Nd对焊点高温可靠性的影响及其影响机制.结果表明,不同时效时间后Sn-3.8Ag-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力明显高于Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊点,且时效过程中Sn-3.8Ag-...     

Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni焊点组织与力学性能的影响

研究了添加微量稀土元素Nd对Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu无铅焊点再流焊和150 ℃时效条件下焊点界面组织与力学性能的影响. 结果表明,添加适量Nd(质量分数为0.06%)可以优化焊点界面组织,减缓时效过程中Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu界面化合物的生长速率,提高焊点力学性能,增强焊点的可靠性. 时效过程中,添加了0.06%Nd的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料焊点的剪切力始终保持最大,在时效1 440 h后,Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.06Nd/Cu焊点的剪切力相比未添加稀土的Sn-0.7Cu-0.05Ni钎料提高了31.9%.     

Sn-0.7Cu-1In无铅钎料压入蠕变行为研究

采用自制的蠕变装置研究了Sn-0.7Cu-1In无铅钎料在不同温度和压力下的压入蠕变性能,利用SEM和XRD对合金蠕变前后微观组织进行观察和分析。结果表明,随温度或应力的增加,合金的蠕变速率增大。In的加入可以增大金属间化合物与液态钎料间的界面能,使平衡状态下Cu6Sn5晶粒长大受阻,抑制高温下β-Sn枝晶相的长大,对基体起到弥散强化和细晶强化作用,提高钎料的抗蠕变性能。