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.     

85℃时效Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面化合物生长行为

以Sn-9Zn/Cu焊点为参比物,研究了Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点在85℃时效条件下界面金属间化合物(IMC)的生长行为。结果表明,相同钎焊工艺条件下,与Sn-9Zn/Cu相比,Sn-8Zn-3Bi/Cu界面反应更为充分。在85℃时效过程中,Sn-9Zn/Cu界面IMC结构稳定,Sn-8Zn-3Bi/Cu焊点界面IMC生长速率变化不大,界面IMC层增厚速率在界面反应初期较快而在后期则显著下降。Bi的添加对合金熔点的降低促进了界面初期反应过程的充分进行。随着界面反应时间的延长,Bi对Cu-Zn(IMC)层的生长表现出明显的抑制作用,界面IMC生长动力学时间指数显著减小。     

Sn-1.5Ag-2Zn低银无铅焊料与取向铜界面研究

目的 高密度封装技术能减少焊盘尺寸和焊盘里面所含晶粒的数量,当多晶焊盘转为单晶焊盘时,晶粒的取向会对界面处金属间化合物的形成产生重要影响。选取具有发展前景的Sn-1.5Ag-2Zn作为焊料合金,研究焊料与单晶(111)铜基板界面反应,得到金属间化合物的生长动力学规律。方法 将Sn-1.5Ag-2Zn无铅焊料分别与单晶(111)铜基板及多晶紫铜基板在250 ℃下进行回流焊接5 min,将焊接后的样品在160 ℃下分别进行20 h,100 h,300 h,600 h热处理。用扫描电子显微镜背散射电子成像和二次电子成像、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪等研究焊接界面处的显微组织、金属间化合物成分以及性能。结果 合金焊料与铜基板接触迅速生长出凹凸不平类似扇贝状Cu6Sn5金属间化合物层,与单晶铜表面形成的Cu6Sn5晶粒尺寸比多晶铜的大,单晶铜无晶界阻挡原子扩散,影响晶粒形核与长大。合金焊料与单晶(111)铜焊点在160 ℃下热处理20 h快速形成的Cu6Sn5生长速度是多晶铜上焊点的2倍左右。而后随热处理时间增加增长缓慢,热处理600 h后厚层Cu6Sn5由于裂纹扩散出现溃断,金属间化合物的厚度维持在3.5 µm。焊料与多晶铜焊点在热处理过程中生成的Cu5Zn8起到阻挡层的作用,阻挡焊料与铜基板接触,抑制Cu6Sn5生成,热处理300 h后Cu5Zn8破碎分解,Cu6Sn5在阻挡层消失后快速生长,厚度约为2.8 µm。结论 单晶铜上焊点金属间化合物的厚度比多晶铜上金属间化合物的厚度多0.7 µm,热处理后合金焊料与单晶铜界面形成的金属间化合物致密性更好,基本没有孔隙,而合金焊料与多晶铜界面上金属间化合物晶粒间存在明显孔隙,可以预测合金焊料与单晶铜界面的焊接质量更好。     

Sn-6.5Zn/Cu焊点时效过程中的界面特征与结构演变

研究150°C等温时效对Sn-6.5Zn/Cu焊点微观结构特征与显微硬度的影响,分析界面金属间化合物的形成与演变机制。结果表明：Sn-6.5Zn/Cu焊点界面化合物层由CuZn和Cu5Zn8组成;随着等温时效时间的延长,化合物层的厚度表现为先增大、后减小的趋势;长时间的高温时效会导致Cu-Zn金属间化合物的分解,并破坏界面连续致密的化合物层。在局部破坏的界面区Cu基体处形成不连续的Cu6Sn5化合物层;时效后界面粗化并形成明显的孔洞。时效导致界面显微硬度不同程度的增大。     

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。     

液态时效条件下Zn元素的添加对共晶Sn-58Bi焊料力学性能的影响（英文）

对液态时效条件下Sn-58Bi-x Zn(x=0,0.7)焊料样品的力学性能(包括拉伸强度和蠕变性能)以及相关的界面反应进行研究。结果表明,在Sn-58Bi-0.7Zn焊料样品中,Bi的粗化现象和Cu-Sn界面金属间化合物的生长都得到了有效抑制。通过掺杂0.7%Zn,回流焊接后焊条样品的极限拉伸强度比共晶Sn-58Bi的极限拉伸强度提高了6.05%,液态时效后的极限拉伸强度则提升了5.50%。对于焊点样品,掺杂0.7%Zn后的极限拉伸强度相比Cu/Sn-58Bi/Cu在回流焊接后提升21.51%,而在液态时效后则提升29.27%。焊点强度的增加是由于Zn的掺杂导致Bi晶粒细化,使得断裂面从Cu和界面金属间化合物界面处转移到了界面金属间化合物和焊料界面处。纳米压痕的结果显示,通过向共晶Sn-58Bi焊料中掺杂0.7%Zn,焊料的抗蠕变性在回流焊接和液态时效后都有较大幅度的提升。     

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.     

添加0.10%Ce对Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料与Cu基板间界面IMC的影响

研究Sn-0.7Cu-0.5Ni-xCe(x=0,0.1)焊料与铜基板间543K钎焊以及453K恒温时效对界面金属间化合物(IMC)的形成与生长行为的影响。结果表明:往Sn-0.7Cu-0.5Ni焊料合金中添加0.10%Ce,能抑制等温时效过程中界面IMC的形成与生长;焊点最初形成的界面IMC为Cu6Sn5,时效10d后,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce这2种焊料中均有Cu3Sn形成,与Sn-0.7Cu-0.5Ni/Cu焊点相比,Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce/Cu界面IMC层较为平整;该界面IMC的形成与生长均受扩散控制,主要取决于Cu原子的扩散,添加稀土元素Ce能抑制Cu原子的扩散,Sn-0.7Cu-0.5Ni和Sn-0.7Cu-0.5Ni-0.10Ce焊点界面IMC层的生长速率分别为6.15×10-18和5.38×10?18m2/s。     

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-0.7Cu-0.05Nd/Cu焊点剪切力的下降速率低于原焊点. 这是由于0.05%Nd可将界面原子扩散系数由1.88 × 10?10 cm2/h降低至1.10 × 10?10 cm2/h,即通过抑制界面金属间化合物的粗化来提高焊点的高温可靠性.     

Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点液固界面金属间化合物的生长动力学

采用扫描电镜和光学显微镜观察研究了230~260℃焊接温度范围内Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构及生长动力学.结果表明,在该焊点界面形成的化合物可分为两层:靠铜侧的是厚且平直的γ-Cu₅Zn₈化合物层;靠焊料侧的则为另一薄且呈扇贝、粒状的CuZn化合物层.提高钎焊温度及延长反应时间基本不改变Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面金属间化合物的结构和成分,但会使形成的界面金属间化合物层厚度增加.γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层的厚度与反应时间的平方根呈线性关系,表明其生长由扩散机制控制.根据阿伦尼乌斯公式,Sn-9Zn-0.1S/Cu焊点界面γ-Cu₅Zn₈金属间化合物层反应活化能为22.09 kJ/mol.     

不锈钢软钎焊用钎料和钎剂的研究

研究了304不锈钢软钎焊用钎剂和钎料,结果表明:氯化锌+氯化铵+盐酸钎剂可以较好的钎焊不锈钢;Sn-3.5Ag-0.7Cu无铅钎料对不锈钢的润湿性与Sn-Pb钎料相当,Sn-0.7Cu钎料次之,Sn-9Zn的润湿性较差。对Sn基钎料与不锈钢的界面金相分析表明:Sn基钎料与不锈钢的界面形貌较平坦,界面处仅有少量FeSn_2金属间化合物生成,不锈钢软钎焊接头的强度与所采用钎料密切相关。     

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.     

无铅焊料在NaCl-Na_2SO_4-Na_2CO_3模拟土壤溶液中的腐蚀浸出行为

研究了Sn-3.5Ag-0.75Cu和Sn-0.75Cu焊料合金在NaCl-Na_2SO_4-Na_2CO_3模拟土壤溶液中的腐蚀浸出行为,并与Sn-37Pb焊料合金的腐蚀浸出行为对比分析。研究表明,这3种焊料合金中Sn的浸出量随时间的延长趋于平缓,且Sn-0.75Cu焊料合金中Sn的浸出量最高,添加Ag元素后明显抑制了Sn-3·5Ag-0·75Cu焊料合金中Sn的浸出;Ag,Cu,Pb的浸出量随时间的延长呈线性增加,且Ag,Cu的浸出量较少。3种焊料合金浸出后表面产物层较厚,主要由Sn_4(OH)_6Cl_2和SnO组成,其中Sn-0.75Cu焊料合金的表面产物层有裂纹和孔洞,Sn-3.5Ag-0.75Cu焊料合金的表面产物相对致密,而Sn-37Pb焊料合金的表面产物局部出现剥落现象。这3种焊料合金浸出动力学行为存在差异,主要与表面产物的相组成和形貌有关。     

Sn-3.5Ag-0.5Cu/Cu界面的显微结构

研究了热-剪切循环条件下Sn-3．5Ag-0．5Cu钎料／Cu界面的显微结构，分析了界面金属间化合物的生长行为，并与恒温时效后的Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面进行了对比。结果表明：恒温时效至100h，Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上已形成Cu6Sn5和Cu3Sn两层金属间化合物；而热-剪切循环至720周Sn-3．5Ag-0．5Cu／Cu界面上只存在Cu6Sn5金属间化合物层，无Cu3Sn层生成，在界面近域的钎料内，颗粒状的Ag3Sn聚集长大成块状；在热-剪切循环和恒温时效过程中，界面金属间化合物的形态初始都为扇贝状，随着时效时间的延长逐渐趋于平缓，最终以层状形式生长。     

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系无铅焊料钎焊接头剪切性能的研究

利用扫描电镜及万能材料实验机研究了Sn-9Zn/Cu钎焊接头的界面形貌及Sn-9Zn焊料微合金化前后钎焊接头的剪切性能变化。结果表明,Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物为Cu5Zn8,界面层呈平整的锯齿状。由于焊接时没有保护气氛,以致Sn-9Zn氧化而使剪切性能变差,而同时添加微量RE和Ag或RE和Al元素后剪切强度大幅度增高,尤其是添加0.025%RE和0.3%Ag时剪切强度可提高46.47%,同时添加元素后剪切断口韧性断裂趋势增大。     

Sn-3.5Ag-0.5Cu在高体积分数SiC_p/Al复合材料Ni-P(-SiC)镀层上的润湿性（英文）

基于化学镀Ni工艺,研究Sn-3.5Ag-0.5Cu合金在Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al基体上的润湿行为,分析镀层的显微结构和Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al体系的润湿和界面行为。结果表明,SiC颗粒均匀地分布在镀层中,且Ni-P(-SiC)镀层与SiCp/Al复合材料之间没有界面反应。Sn-3.5Ag-0.5Cu对Ni-P、Ni-P-3SiC、Ni-P-6SiC和Ni-P-9SiC镀层/SiCp/Al基体对应的最终接触角分别为~19°、29°、43°和113°。在Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P-(0,3,6)SiC镀层/SiCp/Al界面处形成含有Cu、Ni、Sn和P的反应层,其主要包含Cu-Ni-Sn和Ni-Sn-P相。此外,熔融的Sn-Ag-Cu合金可以通过Ni-P/SiC界面渗入Ni-P(-SiC)复合镀层与SiCp/Al基体接触。     

Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料压入蠕变性能的研究

对Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料在温度为50～100 ℃,应力为16.7～43.2 MPa条件下的压入蠕变性能进行研究.得到压入蠕变的应力指数n=3.181、蠕变激活能Q=59.189 kJ/mol、材料的结构常数A=0.423.获得Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料稳态压入蠕变速率本构方程:(ε)=0.423σ3.181exp(-59189/RT).随着温度和应力的增加,Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料的压入蠕变速率明显增加,蠕变后Ag3Sn、Cu6Sn5相明显变粗变短.Ag3Sn和Cu6Sn5可强化基体,提高(-Sn基体的抗压入蠕变性能.     

钎焊时间对Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu钎焊接头界面化合物的影响

研究了不同钎焊时间下Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点界面金属间化合物生长变化规律和剪切强度变化。结果表明:随着钎焊时间增加,界面化合物平均厚度逐渐增加,且生长的时间指数为0.4。钎焊60s内界面化合物的生长速率较大;随着钎焊时间的增加,钎焊接头的抗剪切强度先增加后降低,这与界面处脆硬相Cu6Sn5生长行为密切相关。     

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。