钎料熔滴与焊盘界面反应及再重熔时的界面组织演变

采用熔滴直接凸点制作方法,对共晶SnPb及SnAgCu钎料熔滴与Au/Ni/Cu焊盘所形成的凸点/焊盘界面组织进行了研究,并与激光重熔条件下获得的凸点/焊盘界面组织进行了比较,考察了凸点/焊盘界面组织在随后的再重熔过程中的演变.结果表明:钎料熔滴与焊盘在接触过程中形成了Au-Sn化合物,Au层并未完全反应.在随后的再重熔过程中,Au层被完全消耗,全部溶入钎料基体中,Ni层与钎料发生反应.无铅钎料(SnAgCu)和SnPb钎料所形成的界面组织明显不同;再重熔后SnPb钎料/焊盘的界面组织为Ni3Sn1,SnAgCu钎料/焊盘界面组织为(CuxNi1-x)6Sn5.     

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.     

SnCu钎料镀层与Cu/Ni镀层钎焊接头的界面反应

观察了不同焊接工艺条件下钎焊接头界面的微观结构，并对钎焊过程中的界面反应进行分析。探讨了钎缝界面处IMC的生长机制，通过对不同钎焊温度和保温时间下的IMC生长规律的分析建立铜锡化合物厚度与温度和时间的关系方程。结果表明：钎焊过程中SnCu钎料合金镀层与可焊性Cu层的界面处生成金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn；化合物的生长厚度与焊接时间之间满足抛物线关系，表明化合物的生长为扩散反应控制过程，并随焊接时间的延长化合物的生长速率逐渐下降。     

铜、镍对无铅焊点界面反应的影响

界面反应对焊点性能和可靠性有重要影响.以目前引起广泛关注的Sn - Ag - Cu及Sn - Cu系无铅钎料为对象,分别讨论了Cu,Ni二种元素对无铅焊点界面反应的影响,分析了界面金属间化合物(IMC)的类型,形貌及物理性能的演变规律.在钎料中Cu含量的变化会影响钎料对基板的熔蚀能力,同时也能够改变IMC的类型,进而促...     

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。     

1.0%Zn,Ni对Sn-3.5Ag/Cu界面反应及化合物生长的影响

在微电子互连结构中,反应界面化合物层的形貌及厚度是决定焊点可靠性的一个重要因素.通过向Sn-3.5Ag共晶钎料中添加第三元素,分别研究元素Zn和Nj对Sn-3.5Ag/Cu界面反应的影响.结果表明,对于Sn-3.5Ag/Cu界面,液态反应初始生成物为Cu6Sn5,在随后的热老化阶段形成Cu3Sn化合物层;Zn元素不影响界面的初始生成相及其厚度,但在150℃老化阶段,Cu3Sn化合物的形成受到抑制,取代的是非连续的Cu5Zn化合物层,并且,化合物层增厚速度减慢;然而,当添加1.0%(质量分数)的Ni元素后,界面初始生成相为(Cu,Ni)6Sn5,该化合物层厚度明显大于前者,老化阶段界面无其它相生成.     

Sn-9Zn钎料与内加Cu质点和Cu基体界面生长行为

在Sn-9Zn无铅钎料中加入Cu金属质点,研究在长时间钎焊条件下钎料/Cu质点、钎料/Cu基体界面金属间化合物（IMCs）的生长行为。结果表明：在钎料/Cu质点和钎料/Cu基体界面处都生成Cu-Zn相（IMCs）,其组成为Cu5Zn8＋CuZn或Cu5Zn8,而且钎料/质点界面处IMCs的生长速度明显快于钎料/基体处;同时发现,Cu质点的加入大大减小了钎料/Cu基体界面IMCs的厚度。由于Cu质点原位生成Cu-Zn IMCs,消耗了焊点中的Zn,因此Sn-9Zn/Cu接头的可靠性得以提高。     

Sn-9Zn-3Bi/Cu钎焊接头在170℃时效过程中的显微结构

采用ST50润湿实验仪完成了钎焊并研究分析了Sn-9Zn-3Bi/Cu接头在170℃下长期时效的显微结构变化.结果表明:Sn-9Zn-3Bi/Cn接头时效至200 h后在界面处形成单一连续的Cu5Zn8化合物层;时效至500 h和1000 h后,界面处形成了3层化合物层,从铜母材侧起,分别为Cu-Sn化合物层,Cu-Zn化合物层和Sn-Cu化合物层;随着时效时间的增加,整个金属化合物层变厚,而Cu-Zn化合物层减薄,表明Cu-Zn化合物层在时效过程中具有不稳定性.     

Ni对SAC0307无铅钎料性能和界面的影响研究

研究了不同Ni元素含量对SAC0307无铅钎料的力学性能、润湿性能和显微组织,并分析了Ni元素对钎焊接头界面金属间化合物形貌、成分和稳定性,总结了Ni元素在钎料中的作用机理。结果表明,微量Ni元素起到细化组织和改善润湿性的作用,当Ni含量大于0.1%时,焊点界面生成了疏松状的IMC层,且IMC层生长较快,适量的Ni元素改变界面IMC的晶体结构,抑制了界面Cu_3 Sn的生长。     

微量锌对Sn-3.5Ag无铅钎料/铜界面金属间化合物生长的抑制

在钎焊和时效条件下,研究了Sn-3.5Ag无铅钎料中添加0.2%的Zn元素后对钎料/铜界面组织形貌的影响.结果表明,钎焊条件下,将0.2%的Zn元素加入到Sn-3.5Ag钎料中对Cu-Sn间的金属间化合物及其扇贝形形状不产生影响.时效处理后,0.2%Zn元素的加入对界面IMC层的厚度、组成及形态都有影响.在Sn-3.5...     

SnPb钎料熔滴与Au/Ni/Cu焊盘的反应过程

研究了熔融的SnPb钎料由固定高度滴落到Au/Ni/Cu焊盘上的温度变化过程和界面反应情况.结果表明:对钎料熔滴到达焊盘瞬时的接触温度,熔滴初始温度是其主要影响因素,而高度变化对其影响不大.钎料与焊盘界面产生的金属间化合物形态受钎料熔滴初始温度影响很大.随着滴落钎料初始温度的提高,界面层由Au层基本不反应,变为形成了连续层状AuSn2及针状AuSn4.当初始温度升高到450℃时,AuSn2完全转化为AuSn4,棒状AuSn4生长极为明显,在离界面不远的钎料里发现细小的AuSn4.由计算推出界面反应的时间约为6～7 ms,在如此短的时间内,发生Au的溶解和Au-Sn化合物的形成,其原因在于Au在熔融钎料中溶解速度随温度变化的特殊性.     

Interfacial reaction between Sn–Ag–Cu solder and Co–P films with various microstructures

We electroplated Co–P films with nanocrystalline, amorphous and nanocrystalline/amorphous mixed structures and used them as under-bump metallization (UBM) joined with Sn–Ag–Cu lead-free solder. We systematically investigated the interfacial reaction between the Sn–Ag–Cu solder and the Co–P UBM and analyzed the growth mechanisms of the intermetallic compounds formed at the interfaces of the Sn–Ag–Cu/Co–P joints through multiple reflows. Among the three kinds of Co–P films, the film with a mixed structure shows the best diffusion-barrier properties and is a good candidate for the UBM joined with the Sn–Ag–Cu solder. For the nanocrystalline Co–P UBM, Co diffuses quickly toward the solder and Sn does not diffuse into the UBM, whereas for the amorphous Co–P film not only does Co diffuse into the solder, but also Sn diffuses into the Co–P film with a large diffusion rate. In addition, the first-principles calculation shows that the exchange coupling between Co(3d⁷4s²) and Sn(5s²5p²) electrons and between Sn(5s²5p²) and P(3s²3p³) electrons results in the formation of CoSn and SnP₃, which originate from the diffusion and reaction of Co and Sn atoms, respectively; this is consistent with the experimental data of transmission electron microscopy characterization.     

Influence of interfacial reaction between molten SnAgCu solder droplet and Au/Ni/Cu pad on IMC evolution

Intermetallic compounds（IMC） formed at Sn-Ag-Cu solder droplet/pad interface during wetting reaction were investigated. Comparative studies of the IMC evolution during reflow and aging were also conducted. The results show that the wetting reaction between molten solder droplet and pad leads to the formation of Au-Sn compound at interface, but Au element is not fully consumed during wetting reaction. After reflow, all Au layer disappears from the interface, Au element is dissolved into solder and Au-Sn intermetallic compounds are precipitated in the bulk. Reaction between Ni layer and Sn-Ag-Cu solder leads to the formation of （CuxNi1-x）6Sn5 layer at interface during reflow. According to the thermodynamic-kinetic of interfacial reaction, the wetting reaction at solder droplet/pad interface influences the phase selectivity of IMC evolution during reflow and aging process.     

Interfacial reaction between Sn–3.0Ag–0.5Cu liquid solder and Ni–xZn novel UBM layers

This work aims to investigate the interfacial reaction under liquid reactions of Sn–3.0Ag–0.5Cu (SAC305) joints with Ni–xZn films by sputtering. The surface roughness and residual stress of the Ni–xZn film, which was regarded to an under bump metallization (UBM), were evaluated using atomic force microscope (AFM) and the curvature measurement. The X-ray diffractometry (XRD) was used to further identify microstructures. Detailed morphology of the interfacial reaction in SAC305/Ni–xZn joints was performed by a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) with low angle backscattered electron detector (LABE). It was demonstrated that the microstructure evolution and phase formation in the SAC305/Ni–7Zn and SAC305/Ni–20Zn joints varied from reflow time and Zn content in the UBM films. The influence of the Zn concentration in Ni–7Zn and Ni–20Zn films on the different interfacial reactions was discussed and proposed.     

SnPb钎料与Au/Ni/Cu焊盘反应过程中Au的分布

采用熔融的共晶锡铅钎料熔滴与Au/Ni/Cu焊盘瞬时接触液固反应形成钎料凸点,随后进行再流焊及老化.对这一过程中的钎料/焊盘界面金属间化合物组织的演化,尤其是Au-Sn化合物的形成及分布进行了研究.结果表明,钎料熔滴与焊盘液固反应形成了Au-Sn界面化合物,铜层未完全反应.在随后的再流焊过程中,界面处的铜层完全消耗掉,镍层与钎料反应形成Ni3Sn4界面组织;针状的AuSn4化合物分布于钎料基体中.老化条件下分布于钎料基体中的AuSn4重新在界面沉积,在Ni3Sn4层上形成(AuxNi1-x)Sn4层.(AuxNi1-x)Sn4在界面的沉积遵循分解扩散机制,并促进富铅相的形成.钎料与焊盘反应过程中Au-Sn化合物的演化及分布直接影响钎料与焊盘的连接强度.     

Effect of diode-laser parameters on shear force of micro-joints soldered with Sn-Ag-Cu lead-free solder on Au/Ni/Cu pad

1Introduction With low cost,Sn-Pb alloy has been widely used in electronic packaging on account of its low melting temperature and good wettability on substrates,such as Cu and Au/Ni/Cu pads.However,Pb and its compounds in the Sn-Pb solder are harmful to …     

等温时效对SnCuTi/Cu无铅焊点界面反应及力学性能的影响

研究了在125℃时效过程中,Sn-0.7Cu-0.008Ti/Cu焊点界面IMC的生长及抗剪强度的变化。结果表明,Sn-0.7Cu-0.008Ti/Cu焊点界面IMC厚度在时效过程中不断增加,并且与时效时间呈抛物线函数关系;界面IMC形貌由扇贝状转变为波浪状,相组成由单一的Cu6Sn5相转变为Cu6Sn5+Cu3Sn的分层组织。相同时效条件下,钎焊间隙对界面IMC的生长影响不大。焊点的抗剪强度随时效时间的增加而逐渐降低,但微量Ti的加入可明显改善焊点的力学性能。     

不锈钢在共晶无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu中的润湿性能及溶蚀特征

研究了不锈钢304和316在无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu中的润湿性能和溶蚀特征。采用润湿平衡法测量结果发现,与不锈钢304相比,不锈钢316显示更具稳定的润湿平衡力;并且不锈钢304在溶蚀性能测试中发现固液界面处发生均匀的界面反应,而不锈钢316则只在某些特定位置处发生固液界面反应。