驻留时间和加载速率对无铅焊点低周疲劳行为的影响

在25 ℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同驻留时间(1~20 s)和不同应变速率(0.01~0.08 mm/s)条件下的低周疲劳试验. 结果表明,在25 ℃下1~20 s的驻留时间对焊点的疲劳寿命影响不大;随着应变速率的加快,焊点的疲劳寿命逐渐降低,断裂机制逐渐由延性断裂向脆性断裂转变. 不同应变速率条件下的疲劳裂纹主要在焊点边缘钎料与金属间化合物(IMC)之间的界面处萌生,并在近IMC层的钎料内扩展. 焊点断口主要分为:裂纹扩展区和最终断裂区.     

加载速率对SnAgCu钎焊接头抗剪强度的影响

研究了加载速率对SnAgCu(SAC)无铅钎料钎焊接头抗剪强度和断裂模式的影响,试验钎料的Ag元素含量为1%～3%(质量分数),微拉剪接头的加载速率为0.01～10mm/s.结果表明,当加载速率小于1mm/s时,抗剪强度随加载速率的增大而增大,断裂模式为发生在接头钎料内部的延性断裂.当加载速率增大到10mm/s时,其抗剪强度反而减小,断裂模式为发生在界面金属间化合物层的脆性断裂.另外,在加载速率较低时,抗剪强度随Ag元素含量的增加而增加;但在较高加载速率下,Ag元素含量为2%的钎料接头抗剪强度最低.     

SnAgCu/Cu和SnAgCu/Au/Ni/Cu表面贴装元件焊点高温存贮试验分析

研究了SnAgCu／Cu及SnAgCu／Au／Ni／Cu表面贴装元件焊点在高温存贮试验条件下抗剪强度的变化规律。结果表明，SnAgCu／Cu及SnAgCu／Au／Ni／Cu焊点抗剪强度随保温时间的延长降低，SnAgCu／Cu焊点的抗剪强度高于SnAgCu／Au／Ni／Cu焊点的抗剪强度。SnAgCu／Cu及SnAgCu／Au／Ni／Cu焊点的断口形貌分析表明，断裂大多数都发生在贴装元件端头金属化层内，少数发生在钎料与焊盘的界面以及焊点内部。     

SnAgCu无铅焊点低周疲劳行为研究（英文）

在25℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同频率(1~10 Hz)和应变范围(2%~8%)的低周疲劳试验。结果表明,不同应变范围条件下无铅焊点的低周疲劳行为符合Coffin-Manson方程。频率修正的Coffin-Manson方程可以用来描述频率对无铅焊点低周疲劳寿命的影响。疲劳裂纹首先在焊点边缘的钎料与金属间化合物(IMC)之间的界面处萌生,随后,裂纹沿近IMC层的钎料内进行扩展。不同频率条件下焊点的断口形貌主要分为3个特征区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区和最终断裂区。随着频率的升高,焊点的断裂机制由沿晶断裂向穿晶断裂转变。     

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.     

SnAgCu无铅焊点低周疲劳行为研究

在25℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同频率（1Hz~10Hz）和应变范围（2%~8%）的低周疲劳试验。结果表明,不同应变范围条件下无铅焊点的低周疲劳行为符合Coffin-Manson方程。频率修正的Coffin-Manson方程可以用来描述频率对无铅焊点低周疲劳寿命的影响。疲劳裂纹首先在焊点边缘的钎料与金属间化合物（IMC）之间的界面处萌生,随后,裂纹沿近IMC层的钎料内进行扩展。不同频率条件下焊点的断口形貌主要分为三个特征区域：裂纹萌生区、裂纹扩展区和最终断裂区。随着频率的升高,焊点的断裂机制由沿晶断裂向穿晶断裂转变。     

SnAgCu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的组织及剪切强度变化

研究了SnAgCu/Cu和SnAgCu/Ni-P/Cu表面贴装焊点在时效和热循环过程中的微结构及剪切强度的变化,结果表明,SnAgCu与Cu的反应速率大于其与Ni-P的反应速率,经长时间时效后,SnAgCu/Cu焊点中SnAgCu与Cu的界面成为弱区,nAgCu/Ni-P/Cu焊点的剪切断裂则发生在Ｎi-P与Ｃu的界面,热循环过程中两种焊点均产生裂纹且强度下降,长时间热循环后Ｎi-P与Cu分层脱开,ＳnAgCu/Ni-P焊点失去强度。     

Yb元素对BAg30硬钎料及焊点组织与性能的影响

研究了Yb元素对Ag30-Cu-Zn-Sn（BAg30）钎料热性能、润湿性和微观组织的影响,分析了焊点的剪切强度和断口形貌,优化了钎料组分。结果表明,BAg30钎料添加1%（质量分数,下同）Yb后可以显著降低钎料液相线-固相线差值,促进钎料在钢基板表面的润湿性,细化微观组织。然而,当Yb添加量超过1%后,过量的Yb元素会降低钎料的性能,粗化微观组织。通过焊点剪切测试,BAg30-1% Yb钎料的焊点抗剪切强度和断裂形貌表现出明显的优越性,抗剪切强度相较于BAg30钎料焊点明显提高,断口形貌出现均匀细小的韧窝,表现为韧性断裂机制。     

热循环对Sn-58Bi-xCNTs/Cu钎焊接头微观组织与力学性能的影响

研究了热循环对Cu/Sn-58Bi/Cu和Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头的微观组织、界面金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC)形貌、厚度变化及焊点抗拉强度和拉伸断口形貌的影响规律。结果表明,随着热循环周次的增加,钎料微观组织均出现了粗化现象,且在同一热循环条件下,Cu/Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu接头组织较为细小;焊点界面IMC层厚度均随热循环周次的增加而出现不断增厚的趋势,且石墨化多壁碳纳米管(CNTs)颗粒增强Sn-58Bi复合钎料焊点界面IMC层长大的趋势较为缓慢;热循环周次增加,接头的抗拉强度均呈现下降趋势;热循环处理后的Cu/Sn-58Bi/Cu焊点和Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点拉伸断口形貌主要由韧窝和少量解理面组成,Cu/Sn-58Bi/Cu焊点的断裂机制从韧性断裂转变为韧-脆混合断裂模式,Sn-58Bi-0.03CNTs/Cu焊点的断裂机制均为韧性断裂。     

时效对SnCuSb/Cu钎焊接头抗剪强度与断口特征的影响

研究了150℃时效对Sn-0.7Cu-xSb/Cu(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)钎焊接头抗剪强度和断口特征的影响.结果表明,随着Sb元素含量的增加,钎焊接头的抗剪强度升高;接头抗剪强度随时效时间的增加而明显降低.接头剪切断裂的位置是在钎料上,也出现在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间.对于焊后态试样,其断裂位置在钎料上的情况占绝大部分,断口上分布有大量韧窝,断裂类型主要是韧性断裂.随时效时间的增加,接头的断裂位置向钎料与界面化合物各占一半过渡.时效500h,断口处已经可以看到Cu3Sn的存在,断口已经由韧性转变为脆性.     

微小互连Cu-Sn界面钎焊及接头剪切行为

针对Cu-Sn-Cu三明治结构,进行0.06 MPa恒压钎焊. 基于Cu-Sn二元相图,选定了不同的钎焊温度与钎焊时间. 钎焊完成后,根据不同相组成可将接头分为残余锡,Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn,Cu-Cu₃Sn-Cu三类. 为研究三种不同相组成接头抗剪强度之间的关系,进行1 mm/min加载速率的剪切试验,并对断口进行形貌分析. 结果表明,随着Sn与Cu₆Sn₅相继耗尽,接头抗剪强度不断升高. 残余锡接头,Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn接头,Cu-Cu₃Sn-Cu接头抗剪强度分别为23.26,33.59,51.83 MPa. 分析断口形貌发现,在残余Sn接头断口中,可以分辨出Sn,Cu₆Sn₅,Cu₃Sn形貌,说明其断裂路径穿过了Cu₆Sn₅与Cu₃Sn两相. 在Cu₃Sn-Cu₆Sn₅-Cu₃Sn接头断口中,可分辨出Cu₆Sn₅,Cu₃Sn形貌,其断裂路径穿过了Cu₃Sn相. 全Cu₃Sn相接头断口中仅可分辨出Cu₃Sn相断裂形貌.     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。结果表明,借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加,界面区金属间化合物(IMC)平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸减小。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关,超声的作用更为显著,在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用,施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%;施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移,呈界面(Cu,Ni)_6Sn_5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制,使接头剪切断口塑性区比例增加,从而提高接头剪切强度。     

不同剪切速率下锡银铜系/镍金焊点的断裂行为研究

对锡银铜系高可靠性焊料合金的研究虽然已经较为广泛,但是缺乏对其焊点在不同应变速率下的剪切强度和断裂模式的研究。本文将牌号为SAC305和Innolot不同成分的锡银铜系焊料合金锡膏印刷在镍金镀层(Ni(P)/Au)上回流成BGA焊点,采用DAGE 4000 HS焊接强度测试仪进行不同剪切速率下的剪切性能测试,并对其剪切曲线、剪切强度及断裂能进行计算和分析,再采用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对焊点界面微观结构及断口进行表征分析。结果表明：合金本身成分的差异导致焊点界面金属间化合物层(IMC层)厚度和分布存在差异,随着剪切速率的增加,SAC305和Innolot合金焊点的强度总体上都随之增加,且焊点的断裂模式由焊点基体内部的韧性断裂向界面金属间化合物脆性断裂发生转变,Innolot合金由于其他金属元素添加导致的强化作用使得其剪切强度得到较大提升而塑性损伤。     

温度循环对CCGA焊柱可靠性影响

陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装因其优良的电热性能和高密度的信号互连，成为高可靠封装形式的首选，但由于封装形式及材料本身特性，在温度循环过程中的焊点开裂失效是需要重点关注的. 文中以CCGA484为例，研究在?65 ~ 150 ℃温度循环条件下，CCGA焊柱形貌、焊点显微组织及抗剪强度的变化. 结果表明，在温度循环过程中，板级组装后CCGA器件的焊柱逐渐发生蠕变变形，焊点界面依次生成硬脆的Ni₃Sn₄，Ni₃Sn₂和Ni₃Sn金属间化合物(IMC)，且总厚度逐渐增加，这些硬脆相的增厚会导致温度循环过程中应力集中程度的加剧，累积到一定程度会引发焊点断裂，与此对应，焊点的抗剪强度逐渐下降.     

回流温度对单板/板级BGA无铅焊点的剪切力学行为影响

采用试验的方法研究回流温度对Sn3.0Ag0.5Cu,Sn0.3Ag0.7Cu,Sn0.3Ag0.7Cu-0.07La-0.05Ce三种无铅钎料在单板结构/板级结构中剪切性能的影响.结果表明,随着回流温度的升高,单板结构中高银焊点的抗剪强度最高且一直增加,低银焊点呈现出先增加后降低的趋势.板级结构中焊点的抗剪强度均随回流温度的升高呈现出先增加后降低的趋势,其中添加稀土元素的低银焊点的抗剪强度最高.两种结构中焊点的至断位移均随回流温度的升高而降低.板级结构中,随着回流温度的升高,高银焊点的断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变,而低银焊点则一直为韧性断裂,其断裂位置向IMC方向移动.     

热循环载荷下POP堆叠焊点应力分析与优化

建立叠层封装(packaging on packaging,POP)堆叠焊点有限元模型,基于ANAND本构方程,分析了热循环载荷下焊点应力分布状态及热疲劳寿命;基于灵敏度法分析了POP封装结构参数对焊点热应力的影响显著性;基于响应面法建立POP堆叠焊点热应力与结构参数的回归方程,并结合粒子群算法对结构参数进行了优化.结果表明,焊点与铜焊盘接触处应力最大,该处会率先产生裂纹,上层焊点高度和下层焊点高度对POP堆叠焊点热应力影响较为显著;最优结构参数水平组合为上层焊点高度0.35 mm、下层焊点高度0.28 mm、中层印刷电路板厚度0.26 mm,优化后上、下两层焊点的最大热应力分别下降了0.816和1.271 MPa,延长了POP堆叠焊点热疲劳寿命.     

温度对振动载荷下互连微焊点寿命的影响

设计了温度-定频振动两场耦合可靠性试验，应用两参数weibull统计分析和物理失效分析方法，分析了温度（25，100℃）对振动载荷下微焊点寿命的影响.结果表明，温度由25℃升高到100℃，振动载荷下的微焊点寿命显著提高，U₁位置处焊点寿命提高了106%，U₂位置处焊点寿命提高了180%；失效模式统计分析表明，随着温度的升高，焊点由界面裂纹（裂纹产生在界面处的金属间化合物与铜焊盘之间）转变为体钎料裂纹（裂纹产生在体钎料处），失效机制由脆性断裂转变为韧性断裂，失效机制的转变与焊点寿命密切相关.     

等温时效对SnAgCu焊点界面组织及剪切强度的影响

研究了Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点分别在1、5、10min焊接时间后在373、403、438K时效温度下焊点界面IMC的生长和剪切强度随时效时间的变化,同时对焊点断口形貌及断裂模式进行了分析。结果表明,焊接时间越长,界面IMC层越厚。随着时效时间的延长,界面IMC不断增厚,其生长动力学符合抛物线生长规律,生长激活能为75.03kJ/mol;焊点剪切强度随时效时间增加不断下降,其断裂方式从开始的韧性断裂逐渐转变为局部脆性断裂。