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。     

界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-Ag-Cu/Cu(Ni)BGA焊点界面IMC形成与演化的影响

研究了焊盘材料界面耦合作用对Cu(Ni)/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu(Ni)BGA(Ball Grid Array)结构焊点焊后态和125℃等温时效过程中界面金属间化合物(IMC)的成分、形貌和生长动力学的影响.结果表明.凸点下金属层(UBM)Ni界面IMC的成分与钎料中Cu含量有关,钎料中Cu含量较高时界面IMC为(Cu.Ni)6Sn5.而Cu含量较低时,则生成(Cu,Ni)_3Sn_4;Cu-Ni耦合易导致Cu/Sn-3.0Ag 0.5Cu/Ni焊点中钎料/Ni界面IMC异常生长并产生剥离而进入钎料.125℃等温时效过程中.Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu界面IMC的生长速率常数随钎料中Cu含量增加而提高.Cu Cu耦合降低一次回流侧IMC生长速率常数;Cu Ni耦合和Ni-Ni耦合均导致焊点一次回流Ni侧界面IMC的生长速率常数增大,但Ni对界面IMC生长动力学的影响大于Cu;Ni有利于抑制Cu界面Cu_3Sn生长.降低界面IMC生长速率,但Cu-Ni耦合对Cu界面Cu_3Sn中Kirkendall空洞率无明显影响     

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。     

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.     

合金元素对中温Sn-Ag-Cu焊料互连组织及剪切强度的影响

针对SAC305和改良添加了Ni、Sb、Bi元素的2种焊料及其分别与NiSn、NiAu、NiPdAu 3种镀层器件钎焊形成的互连焊点,采用SEM、EDS、EPMA、TEM、DSC等方法研究了Ni、Au、Pd、Sb、Bi等添加元素对金属间化合物(IMC)种类及厚度、焊料第二相形貌及分布以及焊点剪切强度的影响。结果发现,受Ni元素界面耦合作用的影响,焊点器件侧和印刷电路板(PCB)侧生成的IMC均为(Cu, Ni)6Sn5化合物;焊料中Sb、Ni元素减缓IMC生长,因此同一镀层下改良焊料的界面IMC厚度小于SAC305的;镀层中Au元素降低IMC生长速率,而Pd元素促进IMC生长,因此同一焊料下NiPdAu镀层样品的界面IMC厚度最大,而NiAu镀层样品的界面IMC厚度最小;镀层中Au、Pd元素的加入,促进焊料中Ag3Sn相从弥散颗粒状分布转为网状分布,焊点强度得到提升;焊料中Ag、Cu元素的加入,增加弥散分布的(Cu, Ni)6Sn5和Ag3Sn体积分数,提高焊点剪切强度;焊料中添加Bi元素导致焊料熔点降低,但可析出Bi单质起到弥散强化作用;因此,添加了Ni、Sb、Bi元素的改良焊料的焊点剪切强度,均高于同等条件下SAC305焊点样品的剪切强度。     

冷却速度对Sn-Bi-X合金微观组织的影响

在Sn-5.0X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加10%(质量分数,下同)的Bi,以期降低焊料熔点的同时消除Bi的偏析和合金脆性,研究了浇铸空冷和真空吸铸水冷两种不同冷却速度下无铅焊料合金的微观组织。用X射线衍射分析的方法,按最小二乘法原理,精确测定β-Sn的点阵参数,对Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni合金的固溶度进行了测定;采用光学显微镜、扫描电镜和透视电镜观察合金微观组织和结构;通过DSC分析焊料的熔化和凝固过程;并测试了焊料的润湿性和力学性能。结果表明:随着凝固速度增加,晶格常数进一步增大,Bi在Sn中的固溶度也得到了提高;缓慢冷却的浇铸态合金显微组织中存在着大量的粗大针状Sn-Bi共晶组织,吸铸态合金组织中Bi以细小颗粒状均匀分布在Sn基体,没有偏析相形成,吸铸快冷条件下制备的Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni的熔点为208.96℃,具有优良的润湿性,合金和焊点具有良好的力学性能。     

冷却速度对Sn-Bi-X合金微观组织的影响

在Sn-5.0X-1.5Cu-Ni焊料合金中添加10%(质量分数,下同)的Bi,以期降低焊料熔点的同时消除Bi的偏析和合金脆性,研究了浇铸空冷和真空吸铸水冷两种不同冷却速度下无铅焊料合金的微观组织。用X射线衍射分析的方法,按最小二乘法原理,精确测定β-Sn的点阵参数,对Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni合金的固溶度进行了测定;采用光学显微镜、扫描电镜和透视电镜观察合金微观组织和结构;通过DSC分析焊料的熔化和凝固过程;并测试了焊料的润湿性和力学性能。结果表明:随着凝固速度增加,晶格常数进一步增大,Bi在Sn中的固溶度也得到了提高;缓慢冷却的浇铸态合金显微组织中存在着大量的粗大针状Sn-Bi共晶组织,吸铸态合金组织中Bi以细小颗粒状均匀分布在Sn基体,没有偏析相形成,吸铸快冷条件下制备的Sn-10Bi-5.0X-1.5Cu-Ni的熔点为208.96℃,具有优良的润湿性,合金和焊点具有良好的力学性能。     

时效时间对Sn-58Bi-xCe/Cu焊点组织及显微硬度的影响

研究了时效时间对Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织和显微硬度的影响。结果表明:随着时效时间增加,Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织逐渐粗化,界面IMC厚度不断增加;同一时效时间下,Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的晶粒尺寸和界面IMC层厚度均低于Sn-58Bi/Cu焊点。焊点的显微硬度均随时效时间增加先增大后降低,且Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的显微硬度均高于Sn-58Bi/Cu焊点。Ce颗粒的添加可有效抑制时效过程中焊点组织的粗化及界面IMC层厚度的增加,从而获得较高的显微硬度。     

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。     

Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu(Ni)焊点的抗时效性能

采用扫描电镜(SEM)研究在150 ℃等温时效下Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu与Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面扩散行为. 结果表明,在时效过程中,随着时效时间的增加,Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu焊点界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)形貌由开始的细针状生长为棒状,IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₆Sn₅. Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面IMC形貌由细小突起状转变为较为密集颗粒状,且IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₃Sn₄. 经过线性拟合,两种焊点的界面IMC层生长厚度与时效时间t1/2呈线性关系,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu界面间IMC的生长速率为7.39 × 10?2 μm2/h,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni界面间IMC的生长速率为2.06 × 10?2 μm2/h. 镀镍层的加入可以显著改变界面IMC的形貌,也可降低界面IMC的生长速率,抑制界面IMC的生长,显著提高抗时效性能.     

金锡合金钎料焊膏与箔材钎焊性能对比研究

研究和比较了自制金锡合金焊膏与金锡合金箔材的相关性能。实验结果表明:金锡合金钎料焊膏的铺展性及润湿性优于箔材钎料;接头的显微组织和结构基本相同;在大气条件下,焊膏的钎焊性能比箔材钎料好;焊膏的剪切强度略低于箔材钎料。     

SnAgCu系无铅钎料合金力学性能及钎焊性能研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDX)及Instron电液伺服疲劳拉伸试验机,对SnAgCu系无铅钎料合金的力学性能和钎焊性能进行了研究.结果表明,适量的稀土元素Ce的添加显著地延长了Sn3Ag2.8Cu钎焊接头在室温下的蠕变断裂寿命,Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce钎焊接头的蠕变断裂寿命超过Sn3Ag2.8Cu钎料的9倍;同时,使Sn3Ag2.8Cu合金的延伸性能也得到了显著改善,伸长率达到15.7%;Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce与铜基板的扩散层厚度比Sn37Pb厚,但是比Sn3Ag2.8Cu薄.     

焊点形态对表面贴装元件无铅焊点可靠性的影响

表面组装焊点的几何形态是影响焊点可靠性的重要因素之一.本文采用有限元方法,重点讨论了润湿角对低银Sn2.5Ag0.7CuRE焊点的应力应变分布和热疲劳寿命的影响,并与Sn37Pb和Sn3.8Ag0.7Cu钎料焊点的热疲劳寿命进行了对比分析.研究表明,片式元件的理想接头形态为微凹形;在此形态下,与Sn37Pb和Sn3.8Ag0.7Cu钎料焊点相比,低银Sn-2.5Ag-0.7CuRE钎料的表面贴装元件焊点具有更高的热疲劳寿命.这一结果对于焊点的优化设计及新型无铅钎料的研制具有一定的指导意义.     

低银Sn-Ag-Cu-Bi-Er焊料及其焊点的拉伸性能研究

采用差热分析、润湿性和力学性能试验研究了自主研发的一种新型低银无铅焊料Sn-XAg-0.3Cu-3Bi-0.05Er(SACBE)(X=1.0,1.5,2.0)及其焊点的拉伸性能。结果显示,与Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC)焊料相比,SACBE焊料具有较低的起始熔化温度(204～206℃)和较好的润湿性。Cu/SACBE/Cu焊点的拉伸强度与Cu/SAC/Cu焊点相当,但是其韧性显著改善。表明新型低银SACBE焊料,在保持SAC焊料优良物理力学性能基础上所具有的成本优势。     

Sn-X-Cu-Ni无铅焊料的显微组织和性能研究

为了获得低成本和性能良好的无铅焊料,本文对Sn-X-Cu-Ni焊料的微观组织及物相成分、熔点、润湿性和抗拉强度进行了分析研究.结果表明,Sn-X-Cu-Ni焊料中主要由β Sn、XSn化合物和Cu6Sn5化合物组成,Sn-X-Cu-Ni焊料合金的熔点随X含量增加而增高;当X的含量为4.5％时,焊料的铺展性最好,抗拉强度也最大.     

纳米压痕法测量Sn-Ag-Cu无铅钎料BGA焊点的力学性能参数

对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅体钎料和Sn-4．0Ag-0．5Cu无铅钎料BGA(ball grid array)焊点进行了Berkovich纳米压痕法实验,通过改变不同的加载速率研究了钎料的蠕变特征．钎料压痕载荷位移曲线蠕变部分表现出了明显的加载速率相关性．基于Oliver-Pharrr法确定的体钎料和BGA焊点的Young’S模量分别为9．3和20GPa．基于压痕做功概念确定的体钎料和BGA焊点的应变速率敏感指数分别为0．1111和0．0574．钎料的力学性能有着明显的尺寸效应。     

Effect of Solder Thickness on Electromigration Behavior in Eutectic SnPb Solder Reaction Couples

The trend of miniaturization of electronic products induced the shrinking dimension of interconnects in the chip. When those interconnects are subjected to high current density (usually 10³ to 10⁴ A/cm²), electromigration (EM) could affect the reliability of the chip which would ultimately break the circuit. In this study, eutectic SnPb solders with thickness of 280, 128, and 50 μm were investigated under high current density (10⁴ A/cm²) and high ambient temperature (120 °C). The EM-induced surface undulations were more prominent at the shorter thickness, demonstrating that the diffusion of metal atoms/ions was controlled by the actual temperature in the bulk solder instead of the back stress. Bamboo groove features were observed on the surface of solder extrusion at the anode side for the three solder thickness, which indicated the metal atoms/ions that migrated parallel to the direction of flow of electrons.     

低熔点Sn-Zn-Bi无铅钎料的组织和性能

研究了Sn—Zn—Bi钎料的组织、相变及润湿性．在Sn-9Zn二元共晶的基础上加入质量分数为(2～10)％的Bi,合金结晶过程中形成富Zn的初生相．这导致合金的结晶温度降低,也标志着熔点的降低,但熔程扩大．在加Bi基础上,适当降低Zn的含量则可以缩小熔程,且熔点无明显变化．Bi的加入明显改善了Si—Zn系钎料的润湿性,提高了钎料在Cu基底上的铺展面积,缩短了润湿时间．钎料中Zn原子向Cu基底的扩散而形成扩散反应层,导致钎料熔体／Cu界面能的下降．因此,钎料中Zn含量提高,其在Gu基底上的铺展面积增大,润湿力提高．而由于扩散过程需要一定时间,导致润湿时间延长．因此,必须合理控制Zn的含量以获得铺展性与润湿时间的良好匹配．     

无铅钎料的研究现状及进展

从环保概念出发，介绍了使用无铅钎料的必要性；综述了近几年国内外无铅钎料的研究现状；分析了无铅钎料研究必须解决的几个关键问题，并提出了解决这些问题的思路和建议。     

无铅钎料的研究现状及进展

从环保概念出发,介绍了使用无铅钎料的必要性;综述了近几年国内外无铅钎料的研究现状;分析了无铅钎料研究必须解决的几个关键问题,并提出了解决这些问题的思路和建议。