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-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。     

快速凝固对Sn-6.5Zn钎料合金特性及钎料/Cu焊点力学性能的影响

利用单棍快淬工艺制备快速凝固态Sn-6.5Zn合金薄带,对比分析快速凝固制备工艺对钎料微观结构、熔化与铺展特性的影响,并利用拉伸剪切试验对比研究了钎料/Cu焊点力学性能。结果表明:快速凝固能够显著细化Sn-6.5Zn合金微观组织,初生β-Sn相快速分枝并形成网状枝晶结构,Zn相呈尺寸为0.5~2μm的细小颗粒分布于β-Sn基体中;经快速凝固后,Sn-6.5Zn合金熔化区间减小了约3.7℃;快速凝固态Sn-6.5Zn合金具有优于常态钎料的钎焊工艺性能,能够促进钎料/Cu焊点形成均匀界面并改善力学性能。     

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.     

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。     

微量Y对Sn-9Zn钎料合金组织与腐蚀性能的影响

研究了微量稀土元素钇(Y)添加对Sn-9Zn合金组织及电化学腐蚀特性的影响。结果表明:微量Y元素在Sn-9Zn钎料中的添加能够显著细化合金组织;电化学腐蚀过程中,添加微量Y后Sn-9Zn合金中较为细小的混合组织腐蚀原电池反应较为均匀,耐蚀性提高。     

稀土元素对Sn-9Zn合金润湿性的影响

Zn的活泼性使Sn-9Zn无铅钎料的润湿性和抗氧化性很差，在Sn-9Zn合金中加入适量混合稀土元素(Ce，La)可以改善其润湿性能。分别在245，260和290℃通过润湿平衡实验对钎料的润湿性进行了研究，并对RA，RMA，R和WWR4种不同钎剂进行了比较。结果表明：在运用活性松香钎剂时，微量混合稀土元素可以显著提高Sn-9Zn合金润湿性；而提高钎焊温度也可以改善润湿性能。     

稀土元素Nd对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

研究了添加稀土元素Nd对Sn-9Zn无铅钎料的润湿性能、显微组织和焊点力学性能的影响.结果表明,Nd元素的加入改善了钎料的润湿性能,质量分数为0.06%时,钎料的润湿力最大,润湿时间最短,润湿性能达到最佳.随着Nd元素的加入,钎料的基体组织得到细化,富锌相逐渐减少,当元素Nd的添加量大于0.06%时,钎料的显微组织中出现小块状稀土元素Nd和Sn的金属间化合物.无铅钎料Sn-9Zn中稀土元素Nd的添加量为0.06%时,剪切力和拉伸力达到最大,分别提高了19.6%和26.6%,力学性能最佳.     

Sb 元素对 Sn-0.7Cu 钎料熔点及钎焊界面的影响

应用扫描电镜和差示扫描量热仪研究Sb元素(0.25%,0.5%,0.75%,1.0%)对Sn-0.7Cu钎料熔点及钎焊界面的影响.结果表明,Sb元素的加入使钎料的熔点升高,从226.38℃增加到227.09℃,但含量小于0.75%时熔点的变化不大,当Sb元素的含量达到1.0%时变化较大.当Sb元素的含量达到0.5%时,界面化合物的形貌发生了很大变化,扇贝状金属间化合物层变得均匀平滑,避免了大柱状的Cu6Sn5相的生成,厚度也变小,明显地抑制了金属间化合物的生长,细化了晶粒.当Sb元素的含量大于0.5%时,界面又出现大柱状的Cu6Sn5相,且界面化合物层的厚度增大.Sb元素的加入并未改变界面处金属间化合物的种类.     

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-...     

添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金性能的影响

通过试验研究了添加Ag对Sn-9Zn无铅钎料合金在Cu表面的润湿性、焊点剪切强度、抗蠕变性能与组织的影响。结果表明，当添加量较低时，Ag能够改善Sn-9Zn合金熔体对Cu的润湿性和焊点剪切强度，而添加量较高时Ag则会使它们降低；就焊点润湿性和剪切强度而言，最佳Ag含量（质量分数）为0．30％～0．60％。Ag的添加能显著提高Sn-9Zn合金体材的抗蠕变性能。显微分析表明，在含Ag合金中形成了弥散分布、尺度为微米级的Ag—Zn化合物颗粒，这可能是合金得到强化的原因。     

Sn-9Zn无铅钎料合金的压蠕变行为研究

试验研究了Sn-9Zn合金钎料在温度为40～100℃和压力为9．3～18．6MPa范围内的压蠕变行为。结果表明：随温度和应力的升高，合金的压蠕变量增大，稳态蠕变速率的对数分别与应力对数和温度呈较好的线性关系，稳态蠕变速率符合半经验公式。在不同的温度下，应力指数n相近，平均值为5．74；不同的应力下，表观激活能Qa相差不大，平均值为51．95kJ／mol，材料结构常数为0．03，压蠕变变形是位错滑移和位错攀移共同作用的结果，控制稳态蠕变速率的主要因素为位错管道扩散过程控制下的位错攀移。     

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。     

Gd对Mg-5Sn-0.5Zn合金的显微组织及力学性能的影响

研究了（0．5％～1．5％）Gd元素对铸造Mg-5Sn-0．5Zn合金（SZ50）的显微组织、时效硬化行为和拉伸性能的影响。结果表明：加入Gd后，合金的α-Mg晶粒细化，沿晶界或在α-Mg晶内生成棒状或长条状的Mg5Gd，其在Gd含量为0．5％时尺寸最小，分布更均匀；Gd的加入，使合金的抗拉强度提高，但降低其伸长率；随着Gd含量的增加，合金的峰值时效时间逐渐缩短。Gd含量为0．5％时，合金的显微硬度、抗拉强度及显微组织的细化作用最佳。     

Cu/Sn-58Bi/Cu焊点电迁移行为研究

采用双辊快速凝固技术制备了Sn-58Bi钎料薄带,并制备Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通电时间延长阳极界面处的IMC层的形状从扇贝状转变为锯齿状,阴极界面处的IMC层由扇贝形变为不规则,其厚度逐渐增加。阳极由于Bi的偏聚形成了富Bi层,Sn在阴极偏聚,基体共晶组织(Bi+β-Sn)粗化。基于线性拟合可知,阳极和阴极的界面IMC层的生长系数n分别为0.263和0.442,其生长机制可归结为体积扩散。     

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 无铅钎料的表面张力是无铅钎料的重要物理性能之一。采用拉脱法测定Sn-0.7Cu无铅钎料的表面张力,同时采用RHEOTRONIC VШ型回转振动式高温熔体黏度仪测量Sn-0.7Cu无铅钎料黏度,通过黏度与表面张力之间的换算关系,从而计算得出Sn-0.7Cu无铅钎料表面张力。研究结果表明,Sn-0.7Cu无铅钎料表面张力随温度的增加呈现先下降后上升的变化趋势。