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。     

Cu基板粗糙度对SnAgCu无铅钎料润湿性的影响

在微电子封装软钎焊领域,钎料的润湿性直接决定焊接接头的性能.文中以不加入外来元素为前提,以SAC305/Cu钎焊体系为研究对象,完成了SAC305钎料在不同粗糙度Cu基板上的润湿铺展试验,研究了Cu基板粗糙度对SnAgCu钎料润湿性及SnAgCu/Cu界面化合物形貌与分布的影响.结果表明,?SnAgCu钎料在Cu基板上...     

Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响

通过在钎料中添加Fe粉颗粒,研究其对Sn-3Ag-0.5Cu复合无铅钎料的黏度、熔点、钎焊接头界面微观组织、与Cu基板之间的润湿性及焊点力学性能的影响。结果表明:微米级Fe粉的添加增加了复合钎料焊膏单位体积内焊粉的接触面积,使得焊膏内摩擦力增大,导致复合钎料焊膏的黏度增加;微米级Fe粉的添加对Sn-3Ag-0.5Cu钎料的熔化特性没有显著影响;钎焊时,由于重力偏聚及界面吸附作用,Fe粉颗粒集中沉积于Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu钎焊接头界面处靠近钎料一侧,由于增大液态钎料黏度而导致钎料与Cu板间的润湿性降低;与Sn-3Ag-0.5Cu/Cu相比,Sn-3Ag-0.5Cu-Fe/Cu界面处钎料一侧粗大的β-Sn枝晶区消失,取而代之的是细小的等轴晶。Sn-3Ag-0.5Cu-1%Fe/Cu的剪切强度为46 MPa,比Sn-3Ag-0.5Cu/Cu剪切强度提高39%;靠近界面金属间化合物处钎料基体的显微硬度提高约25%。     

Sn-Zn钎料/Cu基板焊点界面元素扩散与IMC形成热力学分析

对270℃条件下Sn-Zn钎料/Cu基板焊点界面反应进行了热力学计算与分析,并利用SEM、EDS、XRD及显微硬度计对焊点界面进行了检测与分析。结果表明:界面Cu基板侧金属间化合物(IMC)CuZn层的形成是自发的,钎料侧形成的CuZn持续与扩散过来的Zn原子反应生成Cu5Zn8;Cu原子越过界面IMC层向钎料中的扩散与聚集呈现"脉动"形式,在临近结合面的钎料中形成粒状Cu5Zn8 IMC,并造成靠近界面区钎料中的Zn元素含量呈现间隔的"减少-聚集"现象;界面IMC层未造成焊点界面硬度突变。     

不同钎剂对Sn-Zn系无铅钎料润湿特性的影响

采用润湿平衡法研究了在znC12一NH4C1、中等活性松香(RMA)和免清洗三种不同钎剂作用下,Sn-Zn无铅钎料在Cu基板上的润湿特点.结果表明,使用ZnC12-NH4C1钎剂时,Sn-Zn钎料具有良好的润湿性能;研究了不同钎剂下,Sn-9Zn钎料在Cu基板上的铺展情况,并分析比较了焊点界面金属间化合物层的特征.Sn-Zn钎料与Cu基板界面形成的金属间化合物在靠近Cu基板一侧较为平坦,而在钎料一侧呈扇贝状,而且,不同钎剂能影响钎料在Cu基板上的润湿、铺展性能,界面金属间化合物特征及焊点外观;Sn-Zn钎料表面存在大量ZnO,去除钎料表面ZnO是开发针对Sn-Zn系无铅钎料专用钎剂的关键.     

高温时效过程中SnAgCu钎焊接头显微组织的演化规律

研究了215℃时效过程中Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊点内部及与Cu基板界面处显微组织的演化规律.结果表明:试样在时效过程中的放置方式对显微组织的变化会产生重要影响.当钎料焊点处于Cu基板的上方时,215℃时效后显微组织的变化与以往170℃时效后显微组织的变化相似,即界面处金属间化合物层的厚度会随着时效时间的延长而逐渐增加.然而,当钎料焊点处于Cu基板的下方时,215℃时效后钎料焊点内部及界面处的显微组织发生了显著的变化,伴随着Cu基板的溶解在钎料焊点表面形成了大量的体积较大的金属间化合物Cu6Sn5.     

Sn-Cu基多组元无铅钎料组织、性能及界面反应研究

研究了多组元无铅钎料Sn-2Cu-0.5Ni和Sn-2Cu-0.5Ni-0.5Au的熔化行为、微观组织、力学性能及与Ni基板的钎焊反应。结果表明:Au的引入降低了钎料合金的熔化温度;2种钎料基体中的金属间化合物(IMC)均基于Cu6Sn5结构,且在260℃下与Ni基板钎焊60s后在接头界面处均生成棒状的(Cu,Ni)6Sn5;通过拉伸试验得到了2种钎料的抗拉强度和延伸率。     

Ti90及其优化合金的组织与力学性能研究

研究了钎焊与时效过程中,在Sn0.7Ag0.5Cu(SAC0705)钎料与Cu基板和石墨烯Cu基板界面处金属间化合物(IMC)的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120℃时效600h。结果表明,界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu 2种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后,Cu6Sn5化合物转变为(Cu,Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大,2种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外,随着Ni含量增大,化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果,因此,石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板,同时其界面化合物生长速率较低。     

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。     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10³A/cm²的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了（Cu,Ni）₆Sn₅型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为（Cu,Ni）₆Sn₅型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/（Cu,Ni）₆Sn₅界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu₆Sn₅化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu₆Sn₅化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处（Cu,Ni）₆Sn₅的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.     

氮气保护对Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料润湿性的影响

基于润湿平衡原理测定了不同温度与不同气氛下Sn-Cu-Ni-Ce钎料在Cu基板上的润湿行为,研究了气氛、温度以及微量稀土元素Ce对其润湿性能的影响.结果表明,采用氮气保护时,Cu基板表面张力提高,钎料表面张力降低,润湿时间缩短了20%～50%,润湿力也显著提高;温度升高使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的表面张力减小,显著缩短了钎料在Cu基板上的润湿时间;稀土元素Ce可显著降低熔融钎料的表面张力和钎料/基板间的界面张力,从而使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的润湿性能较Sn-Cu-Ni钎料有了显著的改善.     

Ni添加量对铜基板和石墨烯铜基板的界面反应和IMC生长的影响（英文）

研究了钎焊与时效过程中,在Sn0.7Ag0.5Cu(SAC0705)钎料与Cu基板和石墨烯Cu基板界面处金属间化合物(IMC)的形成与演变。采用加热平台制备焊接试样并在120℃时效600h。结果表明,界面金属间化合物在时效过程中增厚。SAC0705/Cu和SAC0705/G-Cu 2种焊接界面金属间化合物均为Cu6Sn5。当钎料中添加Ni元素后,Cu6Sn5化合物转变为(Cu, Ni)6Sn5。随着钎料中Ni元素含量的增大,2种基板上的界面金属间化合物厚度先增加后减小。此外,随着Ni含量增大,化合物生长速率降低。石墨烯Cu基板表面的石墨烯层起到扩散阻挡层效果,因此,石墨烯Cu板上的化合物厚度小于常规Cu基板,同时其界面化合物生长速率较低。     

Ag-Cu合金钎料与SDC-SSAF双相陶瓷透氧膜的界面反应润湿机制

对空气中Ag-Cu合金钎料与Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)-Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7)O_3(SDC-SSAF)双相陶瓷透氧膜的润湿性和界面反应进行了研究,利用扫描电子显微镜及能谱仪(SEM-EDS)表征分析了润湿试样的连接界面。结果表明:980℃下Ag-Cu合金钎料在SDC-SSAF双相透氧膜上的润湿角随着合金中Cu含量的增加而减小。高温润湿过程中,双相膜中Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)(SDC)相没有发生明显变化,Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7)O_3(SSAF)相分解并与Ag-Cu钎料发生微量元素置换。这种界面反应促进了钎料与陶瓷基体润湿性的改善。但由于SDC相与SSAF相润湿性的差异,Ag-Cu钎料与SDC-SSAF双相膜的润湿性不及相同Cu含量的Ag-Cu钎料与SDC单相膜的润湿性。     

电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为的影响

采用同步辐射实时成像技术对比研究了不同电流密度对Cu/Sn-9Zn/Ni焊点液-固电迁移行为和界面反应的影响。结果表明,当电流密度为5.0×10~3A/cm~2时,无论电子方向如何,钎料中的Zn原子均定向扩散至Cu侧界面参与界面反应,导致Cu侧界面处金属间化合物(intermetallic compounds,IMC)的厚度大于Ni侧界面处IMC的厚度;而当电流密度升高至1.0×10~4和2.0×10~4 A/cm~2时,钎料中的Zn原子均定向扩散至阴极界面,界面IMC的生长表现为"反极性效应",电流密度越高界面IMC的"反极性效应"越显著。液-固电迁移过程中Cu基体消耗明显,特别是在高电流密度条件下,电子从Ni侧流向Cu侧时,Cu基体的溶解厚度与时间呈现线性关系,电流密度越高Cu基体的溶解速率越快。此外,基于焊点中原子电迁移通量J_(em)和化学势通量J_(chem)对Zn原子和Cu在不同电流密度下的迁移行为进行了研究。     

Ag基与Cu基钎料钎焊硬质合金与钛合金组织及性能对比研究

分别以Ag-Cu-Ti与Cu-Mn-Ni为钎料在不同工艺下进行了Ti6Al4V钛合金与YG8硬质合金的高频感应连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)对钎焊界面的显微组织、成分分布进行了考察分析,并检测了接头的抗拉强度。结果表明:采用Ag基钎料时,Ti6Al4V侧界面反应层为Ti(s.s)+Ti_2Cu/Ti_2Cu/Ti_2Cu+TiCu/TiCu/Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,YG8侧界面反应层为Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,在钎缝中心形成了韧性较好的Ag(s.s)+TiCu层,接头最高抗拉强度289 MPa;采用Cu基钎料时界面结构为Ti6Al4V/β-Ti/TiCu+Ti_3Cu_4+TiMn+Cu(s.s)/YG8,接头最高抗拉强度206 MPa。通过对比表明Ag基钎料所得到钎缝韧性较好,但反应时间过长易在母材与反应层间形成裂纹;Cu基钎料呈镶嵌结构,钎焊温度过高镶嵌结构破坏,接头性能急剧下降。     

倒装LED回流焊接头组织的抗高温时效性能

以SAC305锡膏为钎料,通过回流焊实现了倒装LED与Cu/Ag、Cu/Ni/Au基板的互连.研究了两种接头界面微观组织在高温时效条件下的演变行为.结果表明,接头两侧界面组织间存在相互影响. Cu/Ni/Au基板中的Au在回流焊过程中溶解至体钎料内,对芯片侧Au-Sn金属间化合物的生长起到抑制效果.芯片侧Au-Sn金属间化合物的快速生长降低了体钎料中Sn的相对浓度,从而使体钎料中有利于基板侧IMC生长组元的相对浓度得到提升,促进基板侧IMC生长.相比较而言,在Cu/Ag基板上的回流焊试样抗高温时效性能较差.     

Al-Si-Ge钎料钎焊Cu/Al接头组织与性能研究

首次采用Al-5.6Si-25.2Ge钎料对Cu/Al异种金属进行了炉中钎焊,分别从钎料的熔化特性、铺展润湿性、Cu侧界面组织以及钎焊接头强度等方面进行了系统研究,并与Zn-22Al钎料钎焊结果进行对比。结果表明,Al-5.6Si-25.2Ge钎料具有较低的熔化温度(约541℃),同时在Cu、Al母材上均具有良好的铺展润湿性。Al-5.6Si-25.2Ge/Cu界面由CuAl_2/CuAl/Cu_3Al_2三层化合物组成,其中CuAl和Cu_3Al_2呈层状,厚度较薄,仅为1~2 mm;CuAl_2呈胞状,平均厚度约为3 mm。Zn-22Al/Cu界面结构为CuAl_2/CuAl/Cu_9Al_4,其中CuAl_2层平均厚度高达15 mm。接头抗剪切强度测试结果表明,Zn-22Al钎料钎焊Cu/Al接头抗剪切强度仅为42.7 MPa,而Al-5.6Si-25.2Ge钎料钎焊Cu/Al接头具有更高的抗剪切强度,为53.4 MPa。     

TiAl基合金与Ti合金的真空钎焊

采用Ag-Cu钎料与Ti-Zr-Ni-Cu钎料,对TiAl与Ti合金进行了真空钎焊试验,主要研究了采用两种钎料时的界面反应以及钎焊温度对界面组织及性能的影响.研究发现,采用Ag-Cu钎料时界面结构为:Ti/Ti(Cu,Al)2/TiCux Ag(s,s)/Ag(s,s)/Ti(Cu,Al)2/TiAl,当钎焊温度T=1 223 K,保温时间t=10 min时接头的剪切强度达到223.3 MPa;采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料时在界面出现了Ti2Ni,Ti(Cu,Al)2等多种金属间化合物,当钎焊温度T=1 123 K,保温时间t=10 min时接头的剪切强度达到139.97 MPa.     

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...     

Ni-CNTs增强颗粒对Sn58Bi-0.1Er焊点组织与力学性能的影响

采用真空熔炼方法制备了不同Ni-CNTs含量的Sn58Bi-0.1Er钎料合金,研究不同Ni-CNTs含量对Sn58Bi-0.1Er复合钎料在Cu 基板上的润湿性能的影响,并对不同Ni-CNTs含量下接头界面处金属间化合物的组织形貌及接头的剪切性能进行了分析. 结果表明,当Ni-CNTs 增强颗粒的添加为0.01% ~ 0.05%(质量分数)时,复合钎料合金在铜板上的润湿性得到了提高,随着Ni-CNTs含量的进一步增加,复合钎料在铜板上的润湿性开始呈下降趋势;随着Ni-CNTs的加入,Sn58Bi/Cu界面金属间化合物由锯齿状的Cu₆Sn₅转变成薄层状的(Cu, Ni)₆Sn₅, Ni-CNTs增强颗粒的加入可以有效减小界面金属间化合物层的厚度;Ni-CNTs增强颗粒的加入提高了Sn58Bi/Cu接头的剪切力,当Ni-CNTs的添加量为0.1%时,接头的剪切力最高为432.86 N,较Sn58Bi-0.1Er钎料接头的剪切力提升了两倍以上. Ni-CNTs增强颗粒的添加有效地改善了Sn58Bi-0.1Er接头的力学性能.