SnAgCu-xBi/Cu焊点界面反应及微观组织演化

本工作在Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料中添加不同含量的Bi(0.1%,0.5%,1.0%(质量分数)),以此来研究Bi含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点的界面反应及金属间化合物微观组织演化的影响。结果发现:回流反应之后,焊点界面形成扇贝状的Cu_6Sn_5,对焊点进行时效处理后发现,在Cu_6Sn_5层与Cu基板之间又出现了一层Cu_3Sn,并且Cu_6Sn_5层的上表面及焊料中出现了颗粒状的Ag_3Sn,Ag_3Sn颗粒的数量随着时效时间的延长而增多;5d的时效处理之后,在Cu基板的上表面和Cu_3Sn层中发现了柯肯达尔孔洞,同时在大多数焊点界面的Cu_6Sn_5层的上表面和Cu_6Sn_5层中出现了裂纹,推测裂纹是由于热膨胀系数差导致的残余应力而形成的。时效过程中,焊点界面金属间化合物(IMC)层的厚度不断增加,并且IMC的平均厚度与时效时间的平方根呈线性关系。对比未添加Bi元素的Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点发现,添加微量的Bi元素对IMC层生长有抑制作用,当Bi含量为1.0%时,抑制作用最为明显,而Bi含量为0.5%时,抑制作用最弱。Cu_6Sn_5晶粒的平均直径随着时效时间的延长而增加,且Cu_6Sn_5晶粒的平均直径与时效时间的立方根呈线性关系。     

Sn-3.5Ag/Cu界面金属间化合物的生长行为研究

研究了Sn-3.5Ag无铅钎料和Cu基体在钎焊和时效过程中界面金属间化合物的形成和生长行为.结果表明,在钎焊过程中,由于钎料中存在着Cu的溶解度,界面处生成的金属间化合物存在着分解现象.因此Sn-3.5Ag/Cu界面金属间化合物层厚度与化合物层的分解有着密切关系.由于吸附作用,金属间化合物表面形成了纳米级的Ag3Sn颗粒.当钎焊接头在70,125,170℃时效时,钎焊时形成的扇贝状金属间化合物转变为层状.金属间化合物的生长厚度与时效时间的平方根呈线性关系,其生长受扩散机制控制.整个金属间化合物层和Cu6Sn5层的生长激活能分别为75.16 kJ/mol,58.59kJ/mol.     

液态Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe及Co基板界面反应研究

研究了在固定温度380℃和不同钎焊时间条件下,液态Sn3.0Ag0.5Cu钎料与Cu、Fe、Co等3种金属基板的界面反应及其界面化合物(IMC)。研究结果表明,随着钎焊时间的增加,三者界面金属间化合物的平均厚度逐渐增加。Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面IMC主要由Cu_6Sn_5和Cu_3Sn组成,经过长时间钎焊后界面化合物大部分是Cu_3Sn。Sn3.0Ag0.5Cu/Fe界面化合物成分是FeSn2,相比另外两种界面,IMC在钎焊过程中生长最慢,形成的厚度最小。Sn3.0Ag0.5Cu/Co界面在短时间钎焊时(1min)会出现分层现象,认为是少量CoSn2和Sn原子在靠近钎料一侧反应生成CoSn3,靠近基板一侧生成CoSn2。长时间钎焊后观察到界面化合物只有CoSn3。通过对数据拟合可得到Sn3.0Ag0.5Cu/Cu、Fe、Co 3种液固反应界面的IMC层的生长率常数分别为9.55×10-6t 0.34,1.51×10~(-6)t~(0.18),0.85×10~(-6)t~(0.45)。比较3种基板,液态Sn基钎料与Cu基板的界面反应速率最快,IMC平均厚度也更厚。     

合金元素对Cu/Sn-/Cu回流焊焊点界面微观结构及剪切性能的影响

选用Sn64Bi35Ag1、Sn64.7Bi35Ag0.3和Sn99Ag0.3Cu0.7三种不同的钎料进行回流焊焊接试验,研究高Bi元素、低Ag元素钎料及低Ag钎料对Sn基钎料焊点微观组织及剪切性能的影响.结果表明:各焊点界面处均生成了 一层扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物,在含Bi元素的钎料焊点中,Bi元素在焊点界面及内部聚集,导致界面处金属间化合物层的厚度增加,大量富Bi相呈脆性,降低钎料中的Ag含量对焊点中Bi元素的富集现象有减弱作用.Sn99Ag0.3Cu0.7钎料焊点界面处的金属间化合物层厚度最小,且焊点内部形成了细小的Ag3Sn相颗粒,共晶组织呈均匀分布,使得焊点剪切性能最优,其剪切强度达20.4 MPa.     

回流冷却与等温时效过程中Sn-35Bi-1Ag/Ni-P/Cu焊点组织演变

通过回流焊接方法,采用水、炉两种冷却方式分别制备了Sn-35Bi-1Ag/Ni-P/Cu快、慢冷钎焊接头。利用等温时效法对两种焊点界面IMCs层的生长动力学进行研究。采用SEM和EDS对界面层的微观结构和物相组成进行表征。结果表明:快冷条件的钎焊界面为(Ni,Cu)3Sn4+Ni3P的复合结构;慢冷条件下界面结构为(Ni,Cu)3Sn4+Ni3P+(Cu,Ni)6Sn5。等温时效过程中Ni-P层逐渐消耗,(Ni,Cu)3Sn4生长变慢,(Cu,Ni)6Sn5生长遵循时间的平方根动力学,界面IMCs的生长表现为扩散机制控制。两种焊点界面层最终均演化为(Cu,Ni)6Sn5+(Ni,Cu)3Sn4+(Cu,Ni)6Sn5的复合结构。钎焊时效中慢冷焊点IMCs层厚度均大于同等条件的快冷IMCs层,慢冷时界面层IMCs生长速率为4.670×10-18 m2/s,快冷时为3.816×10-18 m2/s,表明钎焊冷却速率影响钎焊及服役过程中焊点的老化行为。     

纳米Cr颗粒对Sn-Zn-Bi-In/Cu钎焊焊点性能的影响

通过向Sn-Zn-Bi-In钎料中添加不同含量的纳米Cr颗粒制成新型复合钎料Sn-5Zn-10Bi-10In-xCr(x=0％,0.1％,0.3％,0.5％,质量分数),探讨纳米C r颗粒对时效前后钎焊焊点的组织形貌、元素分布、物相组成和力学性能的影响.结果表明:纳米Cr颗粒的添加能够抑制焊点金属间化合物(IMCs)的生长,随着纳米Cr颗粒含量的增加,IMCs扩散层厚度逐渐降低;界面处IMCs扩散层靠近母材Cu一侧为Cu5 Zn8相,靠近钎料区一侧为Cu6 Sn5相;随时效时间的增加,钎料侧部分Cu5 Zn8化合物长大分解,Cu3 Sn相形成;纳米Cr颗粒抑制了时效过程中IMCs扩散层的进一步长大;随着纳米Cr颗粒含量的增加,焊接焊点的剪切强度和显微硬度均先增加后下降,Sn-5Zn-10Bi-10In-0.3Cr/Cu焊点的剪切强度和硬度最高;时效后焊件的剪切强度比时效前均有所下降,但纳米Cr颗粒的添加使焊点保持了良好的剪切强度,时效后焊点钎料区显微硬度比时效前有所上升,但也始终保持在30HV0.1以下.     

光纤定位激光钎焊键合过程中钎料与镀层的界面反应

光电子封装中,光导纤维的定位键合是一项关键技术,并且焊点界面处的显微组织对于焊点的可靠性有重要影响.本文选用80Au20Sn和52In48Sn钎料实现了激光钎焊条件下的光纤键合,采用扫描电子显微镜及能谱分析的方法对于两种钎料分别与硅片上的Au/Ti镀层和光纤上的Au/Ni镀层反应形成的界面微观组织形态及形成规律进行了分析.结果表明:对于80Au20Sn钎料,除了共晶组织ζ相+δ相,在AuSn/Au/Ti镀层界面形成了大量枝状的先共晶ζ相,在AuSn/Au/Ni镀层界面形成了针状的(Au,Ni)3Sn2;对于52In48Sn钎料,在InSn/Au/Ti镀层界面形成了连续层状的Au(In,Sn)2,随着输入能量的增加,其逐渐转变为不连续的块状化合物AuIn2,在熔融钎料流的作用下部分AuIn2脱离界面进入钎料中,在InSn/Au/Ni镀层界面形成了一层极薄的Au(In,Sn)2.     

时效对无铅焊料Ni-P/Cu焊点的影响

研究了150℃等温时效为62Sn36Bp2Ag/Ni-P/Cu及共晶SnAg/Ni-P/Cu表面贴装焊点微结构及塑切强度的影响,结果表明,在钎料与Ni-P间的界面存在Ni3Sn4金属间化合物层,其厚度随时效时间增加,Ni-P层的厚度减小,时效后,SnPbAg,SnAg焊点的剪切强度下降,对于SnAg焊点,时效250h后其剪切强度剧烈下降,断裂发生在Ni-P/Cu界面上,在长时间时效后焊点一侧的Ni-P层中P的含量较主可能是Ni-P/Cu结合强度变差的主要原因,SnPbAg焊点保持着较高的剪切强度。     

活性剂对 Sn-0 . 65 Cu 无铅钎料的 IMC 影响

研究了几种活性剂作用下Sn-0.65Cu/Cu的扩展率及焊点界面金属间化合物(IMC)的形貌,探讨了活性剂的活性强弱与IMC厚度的关系。结果表明,不同活性剂作用下Sn-0.65Cu/Cu扩展率的大小顺序为:氢化松香>戊二酸>苹果酸>柠檬酸;在活性越强的活性剂作用下,液态钎料在Cu基板上越容易铺展,钎料的温度分布更均匀,加剧了Sn原子和溶解在液态钎料的Cu原子的热运动,Sn原子与Cu原子反应结合的概率增大,导致生成的IMC层更厚。     

感应加热重熔无铅钎料凸台的界面反应及剪切性能

感应自发热重熔（ISHR）技术在电子互连的应用中具有明显的三维选择性加热和快速加热等优点．该方法能够很好地解决由于无铅钎料的应用引起的日益严重的诸多问题,如球栅阵列中各钎料球受热不均匀和芯片基板与钎料球同时受热等．为此,采用ISHR进行了无铅钎料Sn3．5Ag在Au／Ni／Cu焊盘上的重熔实验、高温老化实验以及凸台剪切实验．由实验结果可知钎料凸台可以提供足够的剪切强度．文中讨论了界面反应和金属间化合物的演化．在老化期间界面处生长了连续的Ni3Sn4金属间化合物层,同时在钎料体内部生成了分散的（Aux,Ni1-x）Sn4化合物．金属间化合物的生长速度与老化时间的平方根成正比。由此可以判断金属间化合物的生长是一种扩散控制过程．     

银含量对跌落条件下无铅焊点疲劳寿命和失效模式的影响EI北大核心CSCD

对3种不同Ag含量材料(Sn-3.0Ag-0.5Cu,Sn-1.0Ag-0.5Cu,Sn-0.3Ag-0.7Cu)的焊点进行跌落实验,实验中施加的加速度载荷为峰值3200g,脉冲持续时间1ms的半正弦波形加速度,利用电学测试、光学显微镜和扫描电子显微镜确定了失效的焊点并对失效焊点进行分析。结果表明:3种材料焊点的失效位置基本都在靠近印刷电路板(PCB)侧,BAG封装最外围4个拐角处的焊点最先失效。Sn-3.0Ag-0.5Cu,Sn-1.0Ag-0.5Cu焊点的失效模式均为脆性断裂,Sn-0.3Ag-0.7Cu为韧-脆混合断裂。且随着Ag含量的降低,金属间化合物(IMC)的厚度逐渐减小,焊点的寿命逐渐提高。     

热循环对SnAgCu(纳米Al)/Cu焊点界面与性能影响

研究了纳米0.1%(质量分数)Al颗粒对SnAgCu无铅钎料与铜基板之间界面反应的影响,研究两种无铅钎料界面在-55~125℃热循环过程中的生长行为及其焊点力学性能变化。结果表明:随着热循环次数的增加,界面层金属间化合物的厚度明显增加,焊后界面层金属间化合物为Cu6Sn5相,在热循环过程中在Cu6Sn5和Cu基板之间出现Cu3Sn相。发现纳米Al颗粒的添加,界面层金属间化合物的厚度明显减少,纳米颗粒对界面层的生长具有明显的抑制作用。同时对焊点在热循环过程中的可靠性进行分析,发现焊点的拉伸力随着循环次数的增加逐渐降低,含纳米Al颗粒的焊点具有明显的优越性,在焊点服役期间,焊点失效路径为Cu6Sn5/Cu3Sn的界面处。     

等温时效对新型Sn-Ag基复合钎料显微组织和力学性能的影响

研究了等温时效对Sn-3.5Ag共晶钎料及其复合钎料的力学性能和显微组织变化的影响。为了弥补传统复合钎料制备和服役中强化颗粒容易粗化的问题, 制备了不同种类最佳配比的具有纳米结构的有机无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS)颗粒增强的Sn-Ag基复合钎料。对钎焊接头在不同温度（125、150、175℃）下进行时效,通过SEM和EDAX分析了钎料与基板间金属间化合物层(IMC)的生长情况。结果表明, 经过不同温度时效,复合钎料钎焊接头界面处金属间化合物的生长速率比Sn3.5Ag共晶钎料慢, 复合钎料的IMC生长的激活能分别为80、97和77kJ/mol,均高于Sn3.5Ag共晶钎料。经过150℃时效1000h后,复合钎料钎焊接头的剪切强度分别下降了22%、13%和18%,下降幅度相当或明显小于Sn-3.5Ag钎料钎焊接头。      

Cu/Sn37Pb/Cu钎焊接头界面微观结构及其剪切性能

本工作借助扫描电镜(SEM)等手段,针对Cu/Sn37Pb/Cu钎焊接头进行剪切断裂实验,考察并分析钎焊及等温时效处理后焊点接头金属间化合物(IMC)的生长情况以及搭接焊点的剪切强度和断裂模式,旨在深入研究高体积分数界面IMC层对钎焊接头剪切性能及断裂形貌的影响。实验结果表明:在时效处理过程中,界面Cu3Sn层逐渐增厚且逐渐变得平坦。此外,在Cu3Sn/Cu界面观察到柯肯达尔空洞现象,随着时效时间的延长,空洞数量增多且尺寸变大。随着界面IMC层厚度增加,接头的剪切强度先增加后下降,这可能是由于脆性IMC厚度过大或粗化的富Pb相和富Sn相增多引起的。当时效时间与钎焊时间较短时,焊点具有较高体积分数的本体焊料,焊点断裂模式为韧性断裂,随着时效时间或钎焊时间的延长,焊点内IMC体积分数逐渐升高,焊点断裂模式开始转变为韧脆混合断裂,最后转变为脆性断裂。     

200℃等温时效下SAC305/Co-5％P焊点的界面组织及断裂模式演变

目的研究BGA封装的SAC305/Co-5%P焊点在200℃等温时效下的界面反应。方法制备SAC305/Co-5%P的BGA焊点,200℃等温时效0, 200, 400, 600, 1000 h,采用场发射扫描电镜(配EDS)观察不同时效时间下SAC305/Co-5%P焊点界面的IMC形貌与断口特征,采用焊点接合强度测试仪测试相应的剪切强度变化。结果时效1000 h时,在钎料/Co Sn3的IMC层界面处生成(Cu, Co)_6Sn_5,界面CoSn3的IMC之间的通道得到填充,界面形貌变得平整。随着时效时间的增加,焊点的剪切强度先增后降,位于Sn层断口的断裂模式由韧性断裂向韧脆混合型断裂转变。结论随着时效时间的增加,界面IMC层厚度不断增加,界面IMC形貌发生改变。     

耐高温瞬时液相连接无铅钎焊接头的时效稳定性

通过瞬时液相(TLP)连接的互连工艺,采用Sn4.7Ag1.7Cu+Ag复合钎料,制备Sn4.7Ag1.7Cu+Ag复合钎料/Cu接头.采用SEM观察恒温时效过程中接头的组织,结合EDS对比不同工艺下试样接头组织,并对接头性能进行对比分析.结果表明:随着Ag颗粒含量的增加,Sn4.7Ag1.7Cu+Ag/Cu接头耐高温(300℃)服役性能随之提高;Ag含量为25％(质量分数)时接头在高于基体钎料熔点(217℃)83℃下服役15天未断裂,且抗拉强度为25.74 MPa,达到了低温焊接、高温服役的目的;与Sn4.7Ag1.7Cu/Cu接头相比,随着时效的进行,Sn4.7Ag1.7Cu+Ag复合钎料/Cu接头焊缝组织中残余的Ag颗粒不断溶解,并在接头界面附近产生大量Ag3 Sn化合物,而大量的块状Ag3 Sn化合物可以有效抑制焊缝中Sn元素向Cu基板扩散,达到抑制Cu3 Sn层生长的目的;在200℃服役温度条件下,随着时效的进行,Sn4.7Ag1.7Cu+Ag复合钎料/Cu接头力学性能先下降后上升,然后再下降并趋于稳定,且力学性能稳定性比Sn4.7Ag1.7Cu/Cu接头要好.     

SnAgCuBi无铅钎料对不同体积比SiCP/6063Al复合材料真空软钎焊接头组织和性能的影响

在不同保温时间下,分别采用 Sn-3.0Ag-0.5Cu 和 Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi 无铅软钎料,对表面镀镍的两种不同体积分数的 SiCP/6063Al 复合材料进行真空软钎焊。通过剪切强度测试、显微组织分析、能谱分析等手段研究了钎焊接头的组织和性能。结果表明：Bi 元素的加入改善了 Sn-3.0Ag-0.5Cu 钎料的铺展润湿性,降低了熔点,提高了焊缝的抗剪强度;在270℃保温35 min 时,Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi 钎料钎焊接头抗剪强度达到最高值38.23 MPa;钎焊过程中只是两侧镀镍层间的焊接,钎料并未透过镍层与母材发生扩散反应。     

激光喷射钎料球键合焊点热循环试验研究

为研究激光喷射钎料球键合焊点的可靠性,用Sn3.0Ag0.5Cu钎料球对Au/Cu焊盘进行了激光喷射钎料键合试验,采用微强度测试仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪研究了热循环条件对接头强度以及界面微观组织演变的影响.结果表明：采用激光喷射钎料键合技术焊盘表面Au层不能完全溶入钎料中,导致在界面处形成AuSn2＋AuSn4多...     

激光加热条件下 SnPb共晶钎料与Au/Ni/Cu焊盘界面反应动力学

激光重熔在电子封装领域中SnPb共晶钎料凸点制作方面存在极大的优势。采用扫描电子显微镜（SEM）分析了激光加热条件下SnPb共晶钎料与Au/Ni/Cu焊盘之间的界面反应，探讨了钎料中的溶解与扩散动力学。结果表明：CnPb共晶钎料在激光加热瞬间与Au/Ni/Cu焊盘中的Au发生反应，生成Au-Sn金属间化合物，其形貌和分布与激光输入能量密切相关；随着激光输入能量的增加，Au-Su化合物由边境连续层状转变为针状，最后以细小颗粒弥散分布在钎料内部。     

Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变断裂及强化机理研究

测定了不同应力和温度下Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料63Sn37Pb钎焊接头蠕变寿命,分析了Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料钎焊接头蠕变断裂机理.表明:Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变寿命优于基体钎料;Ag颗粒表面Ag-Sn金属间化合物形成及Ag颗粒对富Pb层阻碍作用是复合钎料钎焊接头蠕变性能提高的主要因素;钎焊接头Cu基板上一薄层富Pb相区形成是蠕变裂纹主要原因.