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。     

时效对Sn-Zn无铅钎料焊点可靠性的影响

采用扫描电子显微镜及STR-1000微焊点强度仪器,研究了Sn-9Zn-0.06Nd/Cu钎焊接头在150℃时效过程中界面组织形貌和力学性能的变化.结果表明,Sn-9Zn-0.06Nd/Cu接头焊接后的界面生成了较为平坦的金属间化合物层Cu5Zn8,随着时效时间的增加,金属间化合物层不断增厚.经过时效处理,钎料中的稀土元素Nd向界面富集并在界面附近生成了Nd3Sn相,同时微焊点的拉伸力不断减小,当时效720 h后,焊点的拉伸力下降了近50%.时效后焊点断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变.     

Sn-9Zn/Cu焊点界面金属间化合物层结构研究

研究了过热度、冷却速率和时效处理对Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的形成及厚度的影响,并与同等条件下的Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu和Sn-37Pb/Cu界面作了比较。通过XRD、SEM及EPMA等检测发现,在Sn-9Zn/Cu界面上形成的金属间化合物可分为2层:近Cu侧的Cu-Zn化合物层和近焊料侧的Cu-Zn-Sn化合物层,同时在2层化合物的分界面上还检测出了大量的O。试验还发现,熔融过热度和冷却速率对焊料/Cu界面上金属间化合物的厚度有较大影响,随着熔融保温温度的升高和冷却速率的下降,厚度增加,且Sn-9Zn/Cu和Sn-3.5Ag-0.7Cu/Cu界面受熔融过热度和冷却速率的影响比Sn-37Pb/Cu界面大。在250℃+空冷的时效过程中,由于界面上Cu-Zn化合物层分解和Cu-Zn-Sn化合物层生长相互竞争,导致Sn-9Zn/Cu界面金属间化合物的厚度变化无明显规律。     

电流作用下Cu/Sn-15Bi/Cu焊点的组织演变

对Cu/Sn-15Bi/Cu焊点在150℃下的电迁移组织演变进行了研究. 结果表明,焊点阳极侧出现了近共晶相的偏聚,近共晶相厚度随电迁移时间的延长而逐渐增加;受“电子风”力的影响,钎料中Cu6Sn5金属间化合物逐渐向阳极侧偏聚,此外,由于阴极侧Cu6Sn5界面金属间化合物的脱落,钎料中的Cu6Sn5金属间化合物体积分数逐渐增加;焊点阴极侧界面金属间化合物厚度随电迁移时间延长逐渐增加,阳极侧界面金属间化合物厚度随电迁移时间延长先增加,后降低,当电迁移时间超过5 h后,界面金属间化合物厚度迅速增加.     

硼酸铝晶须对Sn-58Bi/Cu界面金属间化合物 层演变及剪切行为的影响

研究了硼酸铝晶须对Sn-58Bi/Cu界面金属间化合物(IMC)层组织演变的影响.结合钎焊接头显微组织、剪切性能以及断口形貌,分析了Sn-58Bi-1.2%Al₁₈B₄O₃₃钎焊接头的断裂机理.结果表明,硼酸铝晶须的加入可以细化钎料组织,抑制大块富铋相的出现;钎料/基板界面IMC层厚度和晶粒粒径均随着重熔次数的增加而增大,但硼酸铝晶须的加入能够阻碍界面IMC层的增厚和晶粒粗化,提高钎焊接头的性能;不同重熔次数下Sn-58Bi-1.2% Al₁₈B₄O₃₃/Cu钎焊焊点比Sn-58Bi/Cu钎料焊点能承受更高的剪切载荷,且经过多次重熔后接头强度保持稳定.     

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。     

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.     

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.     

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。     

热循环对Sn58Bi(纳米Ti)/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn-58Bi低温钎料的性能,通过在Sn-58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn-58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。在本文中,研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125 _^oC热循环过程中Sn-58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。研究结果表明：回流焊后,在Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu₆Sn₅ IMC层。在热循环300次后,在Cu₆Sn₅/Cu界面处形成了一层Cu₃Sn IMC。Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度均和热循环时间的平方根呈线性关系。但是,Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn-58B/Cu焊点,这表明纳米Ti颗粒的添加能有效抑制热循环过程中界面IMC的过度生长。另外计算了这两种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn-58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu₆Sn₅和Cu₃Sn IMC)明显比Sn-58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层的抑制作用。     

Phase transformation and morphology of the intermetallic compounds formed at the Sn–9Zn–3.5Ag/Cu interface in aging

The morphology and phase transformation of the intermetallic compounds (IMCs) formed at the Sn–9Zn–3.5Ag/Cu interface in a solid-state reaction have been investigated by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), electron diffraction (ED), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS). The monoclinic η′-Cu₆Sn₅ transforms to the hexagonal η-Cu₆Sn₅ and the orthorhombic Cu₅Zn₈ transforms to the body-centered cubic (bcc) γ-Cu₅Zn₈ as aged at 180 °C. The scallop-shaped Cu₆Sn₅ layer is retained after aging at 180 °C for 1000 h. In the solid-state reaction, Ag is repelled from η′-Cu₆Sn₅ and reacts with Sn to form Ag₃Sn, and the Cu₅Zn₈ layer decomposes. Kirkendall voids are not observed at the Sn–9Zn–3.5Ag/Cu interface even after aging at 180 °C for 1000 h.     

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。     

Zn-Cu-Sn-Bi系锌基高温软钎料的组织与性能

研制了一种熔化温度在350~500 ℃,钎焊铜和钢的Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料. 试验采用差示扫描量热法(DSC)对 Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料的熔化特性进行了研究. 结果表明,Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料固相线温度为382.39~391.80 ℃,液相线温度为391.97~401.50 ℃,凝固区间9.37~12.64 ℃. Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料钎焊铜平均润湿面积206 mm2,随Sn元素含量的增加,钎料的润湿性能增强,润湿角最小为5°. 微观组织观察发现,Zn-2Cu-Sn-Bi系高温软钎料组织由η-Zn相、ε-CuZn₅相、Bi相和β-Sn相组成. 钎焊接头产物为Zn-Cu化合物,界面反应层厚度80 μm,由贝壳状反应层ε-CuZn₄/CuZn₅,平直反应层β-CuZn和γ-Cu₅Zn₈组成.     

Investigations of interfacial reactions of Sn–Zn based and Sn–Ag–Cu lead-free solder alloys as replacement for Sn–Pb solder

The interfacial reactions of Sn–Zn based solders and a Sn–Ag–Cu solder have been compared with a eutectic Sn–Pb solder. During reflow soldering different types of intermetallic compounds (IMCs) are found at the interface. The morphologies of these IMCs are quite different for different solder compositions. As-reflowed, the growth rates of IMCs in the Sn–Zn based solder are higher than in the Sn–Ag–Cu and Sn–Pb solders. Different types of IMCs such as γ-Cu₅Zn₈, β-CuZn and a thin unknown Cu–Zn layer are formed in the Sn–Zn based solder but in the cases of Cu/Sn–Pb and Cu/Sn–Ag–Cu solder systems Cu₆Sn₅ IMC layers are formed at the interface. Cu₆Sn₅ and Cu₃Sn interfacial IMCs are formed in the early stages of 10 min reflow due to the limited supply of Sn from the Sn–Pb solder. The spalling of Cu–Sn IMCs is observed only in the Sn–Ag–Cu solder. The size of Zn platelets is increased with an increase of reflow time for the Cu/Sn–Zn solder system. In the case of the Sn–Zn–Bi solder, there is no significant increase in the Zn-rich phases with extended reflow time. Also, Bi offers significant effects on the wetting, the growth rate of IMCs as well as on the size and distribution of Zn-rich phases in the β-Sn matrix. No Cu–Sn IMCs are found in the Sn–Zn based solder during 20 min reflow. The consumption of Cu by the solders are ranked as Sn–Zn–Bi > Sn–Ag–Cu > Sn–Zn > Sn–Pb. Despite the higher Cu-consumption rate, Bi-containing solder may be a promising candidate for a lead-free solder in modern electronic packaging taking into account its lower soldering temperature and material costs.     

Ni含量对304/Sn-8Sb-4Cu-xNi/304钎焊接头组织与剪切性能的影响

研究了Ni含量对Sn-8Sb-4Cu-xNi(x=0, 0.5, 1和2,质量分数)钎料熔点和微观组织的影响,用Sn-8Sb-4CuxNi钎料对304不锈钢进行钎焊连接,分析了接头的界面组织与剪切性能.结果表明,添加不同含量的Ni后,Sn-8Sb-4Cu-xNi均为近共晶钎料,其熔点约为245℃;Sn-8Sb-4Cu钎料组织由α相基体、Sb₂Sn₃+Cu₆Sn₅+Sn复合相和Cu₆(Sn,Sb)₅相组成.添加Ni元素后,钎料中块状Cu₆(Sn,Sb)₅转变为细小、均匀分布的(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅.当Ni含量小于1%时,随Ni含量的增加,钎料中的复合相和(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅相均增加;当Ni含量为2%时,钎料中的复合相和(Cu,Ni)₆(Sn,Sb)₅相均减少,但(...     

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu回流焊点界面化合物尺寸分布特征及生长机制

在电子封装过程中,钎料与基体之间形成金属间化合物层,其主要成分为Cu₆Sn₅,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸和形貌特征能够显著影响焊点的服役性能. 采用回流焊的方法制备了一系列Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点,使用Image-Pro Plus软件对焊接界面化合物Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布和化合物层的厚度进行了统计分析. 结果表明,Cu₆Sn₅的平均粒径正比于t0.38(t为回流时间), 界面化合物层的平均厚度正比于t0.32. 随着回流时间的增加,界面化合物生长速度变慢,Cu₆Sn₅晶粒的尺寸分布更加均匀. 回流时间较长的样品中Cu₆Sn₅的粒径尺寸分布与FRD模型的理论曲线基本相符,而对于回流时间短的样品,晶粒尺寸分布与FRD理论偏离较大. 统计结果显示,出现频次最高的晶粒尺寸小于平均值. 最后讨论了界面Cu₆Sn₅晶粒的生长机制,分析了回流时间对界面Cu₆Sn₅晶粒生长方式的影响.     

钎焊时间对镀镍SiCP/Al复合材料界面IMC生长的影响

采用Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi钎料对镀镍60%和镀镍15% SiC_P/6063Al复合材料之间进行真空钎焊.采用SEM,XRD对接头界面微观组织和成分进行分析.结果表明,在钎焊过程中,钎料与镍层发生界面反应生成了连续的扇贝状金属间化合物（IMC）,其具体成分为（Cu,Ni）₆Sn₅;该IMC层排列紧凑,生长方向都垂直于界面指向钎料的内部;在钎焊过程中,IMC的生长分为生长速率较快和生长速率较缓慢两个阶段.在270℃,钎焊时间由10 min延长至40 min时,界面IMC层扇贝状形貌不变,晶粒尺寸变大;IMC层厚度增加,但是其厚度增长速率逐渐降低;钎焊接头抗剪强度不断增大.