1.0%Zn,Ni对Sn-3.5Ag/Cu界面反应及化合物生长的影响

在微电子互连结构中,反应界面化合物层的形貌及厚度是决定焊点可靠性的一个重要因素.通过向Sn-3.5Ag共晶钎料中添加第三元素,分别研究元素Zn和Nj对Sn-3.5Ag/Cu界面反应的影响.结果表明,对于Sn-3.5Ag/Cu界面,液态反应初始生成物为Cu6Sn5,在随后的热老化阶段形成Cu3Sn化合物层;Zn元素不影响界面的初始生成相及其厚度,但在150℃老化阶段,Cu3Sn化合物的形成受到抑制,取代的是非连续的Cu5Zn化合物层,并且,化合物层增厚速度减慢;然而,当添加1.0%(质量分数)的Ni元素后,界面初始生成相为(Cu,Ni)6Sn5,该化合物层厚度明显大于前者,老化阶段界面无其它相生成.     

Sn-Cu-Ni(-Ce)焊点热循环可靠性

研究了Sn-Cu-Ni(-Ce)焊点在长时间热循环条件下的力学性能,以及热循环对焊点界面处金属间化合物的形成与长大行为的影响.试验发现,焊点界面处金属间化合物在长时间热循环条件下有明显长大的趋势,并在2000周期后出现了Cu3Sn相,导致焊点力学性能下降,而微量Ce元素能有效抑制界面处以及钎料内部金属间化合物的粗化,从而缓解热循环对焊点力学性能的不利影响.结果表明,随着热循环周期的增加,引脚焊点的拉伸力逐渐降低,添加0.05%Ce元素可有效提高焊点的可靠性.     

cnBi对Sn-0.8Ag-0.5Cu无铅钎料熔化特性和润湿性的影响

采用差示扫描量热仪和可焊性测试仪分析了Sn-0.8Ag-0.5Cu-xBi钎料的熔化特性和润湿性.结果表明,向Sn-0.8Ag-0.5Cu低银无铅钎料合金中加人适量Bi元素可显著降低合金的熔化起始温度和改善钎料的润湿性,当Bi质量分数达到3.0%时,熔化起始温度比原合金降低6.8℃,当Bi质量分数为2.0%时,最大润湿力达到最大值3.91mN.因此,添加适量的Bi可以同时达到降低低银钎料熔点和改善其润湿性的效果.     

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.     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu-xNi无铅焊料及焊点的性能

研究了Ni元素对Sn-3.0Ag.0.5Cu无铅钎料熔点、润湿性、拉伸性能及焊点性能的影响.结果表明,镍的添加对Sn-3.OAg-0.5Cu钎料的润湿性有所改善,添加量为0.03%～0.1%时,随着镍含量的增加,润湿时间逐渐递减,润湿力逐渐增大,镍含量在0.05%时润湿时间最短,镍含量在O.1%时润湿力最大.但当镍含量到0.15%时,润湿时间反而增长,润湿力下降;镍提高了合金的抗拉强度、断后伸长率及焊点的抗剪强度.当镍含量为0.05%时,抗拉强度最高,当镍含量为0.1%时,断后伸长率和抗剪强度最高,扫描断口表现为明显的韧性断裂特征;镍的添加量为0.05%~0.1%效果较好.     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响EI北大核心CSCD

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

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。     

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...     

Bi对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料熔点及润湿性能的影响

研究了添加适量的Bi元素对低银型Sn-0．3Ag-0．7Cu无铅钎料合金性能的影响,应用差示扫描量热仪和SAT-5100型润湿平衡仪对Sn-0．3Ag-0．7Cu·xBi（x=0.1,3,4．5）钎料的熔点、润湿性能作了对比试验分析。结果表明,一定量Bi元素的加入可以降低Sn-0．3Ag-0．7Cu钎料合金的熔点,并改善其润湿性能。但过多的Bi元素会导致钎料的液固相线温度差增大,塑性下降,造成焊点剥离缺陷。综合考虑得到Sn-0．3Ag-0．7Cu-3．0Bi无铅钎料具有最佳的综合性能。     

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%。     

镀镍多壁碳纳米管对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料焊点界面行为的影响

采用机械混合法制备了不同含量(0、0.05、0.1、0.2、0.5wt%)镀镍多壁碳纳米管(Ni-CNTs)复合Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)无铅钎料。采用F4N回流炉对SAC305-x(Ni-CNTs)钎料进行回流焊,利用电热鼓风干燥箱对焊点试样进行170 ℃时效(t=0、48 h)处理。结合DTA、SEM、EDS等分析手段研究了不同镀镍碳纳米管含量对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料润湿性、熔点和焊点界面金属间化合物(IMC)层的影响。结果表明:Ni-CNTs可以显著改善钎料的润湿性,降低钎料熔点;此外,Ni-CNTs可以有效抑制界面IMC层的生长,同时改变界面IMC组成。综合比较得出Ni-CNTs最佳添加量为0.05%,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,润湿角降低49.76%,熔点降低0.331 ℃;时效后界面IMC层厚度4.292 μm(t=0 h)、5.238 μm(t=48 h)相对于SAC305钎料界面IMC厚度6.529 μm(t=0 h)、8.255 μm(t=48 h)分别降低了34.26%(t=0 h)、36.55%(t=48 h),界面IMC层相组成转变为(Cu_1-xNi_x)₆Sn₅和(Cu_1-xNi_x)₃Sn。     

界面金属间化合物对铜基Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点拉伸断裂性能的影响

研究了Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊点在(150±1)℃时效温度下,0～1 000 h不同时间时效后焊点的拉伸断裂性能以及界面金属间化合物(IMC)的组织形态和成分.结果表明随着时效时间的延长,焊点拉伸强度降低,拉伸断裂主要发生于Solder/IMC界面或/和IMC/IMC界面,而且断口形貌逐渐由韧窝状断口为主向解理型脆性断口转变.SEM研究发现,时效过程中界面IMC不断长大、增厚并呈针状或块状从Cu/Solder界面向焊点心部生长,时效1 000 h的焊点中IMC分层明显.半焊点结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder,同时,在靠近铜基体的IMC中有Kirkendall空洞存在.     

Combined effects of Bi and Sb elements on microstructure,thermal and mechanical properties of Sn-0.7Ag-0.5Cu solder alloys

This research investigated the combined effects of addition of Bi and Sb elements on the microstructure, thermal properties, ultimate tensile strength, ductility, and hardness of Sn-0.7Ag-0.5Cu (SAC0705) solder alloys. The results indicated that the addition of Bi and Sb significantly reduced the undercooling of solders, refined the β-Sn phase and extended the eutectic areas of the solders. Moreover, the formation of SbSn and Bi phases in the solder matrix affected the mechanical properties of the solder. With the addition of 3 wt.% Bi and 3 wt.% Sb, the ultimate tensile strength and hardness of the SAC0705 base alloy increased from 31.26 MPa and 15.07 HV to 63.15 MPa and 23.68 HV, respectively. Ductility decreased due to grain boundary strengthening, solid solution strengthening, and precipitation strengthening effects, and the change in the fracture mechanism of the solder alloys.     

稀土Er对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料合金组织与性能的影响

研究稀土Er含量对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅焊料合金显微组织以及性能的影响。结果表明：当Er含量为0．05％～0．50％（质量分数）时，对该无铅焊料合金的导电性和腐蚀性影响不大，但使熔化区间温度降低：当Er含量为0．05％时，焊点剪切强度最高；当Er含量为0．10％时，焊料铺展面积最大，焊料润湿性有所改善，同时焊料的拉伸强度达到最高；当Er含量为0．25％时，伸长率最大。随着Er含量的增加，该焊料合金的组织由树枝晶向等轴晶转变，且组织逐渐细化。Er的较佳添加量为0．05％～0．25％。     

La对Sn-0.3Ag-0.7Cu回流焊点纳米力学性能影响

随着电子产业的不断发展,对微连接焊点可靠性的要求越来越高. 文中在Sn-0.3Ag-0.7Cu的基础上添加第四种微量元素La,并制备出多种不同铼含量的焊球,通过回流焊得到Sn-0.3Ag-0.7Cu-xLa焊点. 采用纳米压痕仪对焊点进行一次加载—卸载试验,对试验所得到的载荷—位移数据通过采用Ma物理反解析法可得出焊点的纳米压痕硬度H、弹性模量E及蠕变速率敏感指数m等焊点的性能参数.研究稀土元素La对焊点纳米力学性能的影响. 结果表明,随着微量稀土元素La含量的增加,焊点的硬度、弹性模量表现出明显的增长趋势,而且抗蠕变性能随着铼含量的上升呈线性上升趋势.     

Suppressing effect of 0.5 wt.% nano-TiO2 addition into Sn-3.5Ag-0.5Cu solder alloy on the intermetallic growth with Cu substrate during isothermal aging

This study investigated the effects of adding 0.5 wt.% nano-TiO₂ particles into Sn3.5Ag0.5Cu (SAC) lead-free solder alloys on the growth of intermetallic compounds (IMC) with Cu substrates during solid-state isothermal aging at temperatures of 100, 125, 150, and 175 °C for up to 7 days. The results indicate that the morphology of the Cu₆Sn₅ phase transformed from scallop-type to layer-type in both SAC solder/Cu joints and Sn3.5Ag0.5Cu-0.5 wt.% TiO₂ (SAC) composite solder/Cu joints. In the SAC solder/Cu joints, a few coarse Ag₃Sn particles were embedded in the Cu₆Sn₅ surface and grew with prolonged aging time. However, in the SAC composite solder/Cu aging, a great number of nano-Ag₃Sn particles were absorbed in the Cu₆Sn₅ surface. The morphology of adsorption of nano-Ag₃Sn particles changed dramatically from adsorption-type to moss-type, and the size of the particles increased.The apparent activation energies for the growth of overall IMC layers were calculated as 42.48 kJ/mol for SAC solder and 60.31 kJ/mol for SAC composite solder. The reduced diffusion coefficient was confirmed for the SAC composite solder/Cu joints.     

Wetting and interfacial reaction characteristics of Sn-1.2Ag-0.5Cu-xIn quaternary solder alloys

Through the use of a wetting balance technique, the wetting characteristics of Sn-1.2Ag-0.5Cu-xIn quaternary solder alloys with respect to the In content and soldering temperature were investigated to validate the applicability of compositions with a low Ag content as solder material. It was found that a small addition (0.4–0.6 wt.%) of In significantly improved the wetting properties of the Sn-1.2Ag-0.5Cu-xIn composition at soldering temperatures ranging from 230 °C to 240 °C due to the excellent wetting property of In. In an observation of the interfacial reaction, it was found that the added In element did not participate in the interfacial reaction with a Cu or Ni pad, unlike in the Sn-Ag-Cu-In case, which has a high In content. The package or boardside IMC layers in Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In joints were thinner than those of Sn-3.0Ag-0.5Cu, especially after aging.     

Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响

采用动电位扫描和交流阻抗等方法研究Bi掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料在3.5%NaCl(质量分数)溶液中电化学腐蚀性能及枝晶生长的影响;采用SEM和XRD技术分析其腐蚀形貌及成分。结果显示:随着Bi含量增加,腐蚀电流密度增大,但自腐蚀电位不呈规律性变化。阻抗谱显示:掺杂前后阻抗谱特征相同,均可用两个时间常数的等效电路模型表示,其拟合误差<5%。随着Bi含量的增加,容抗弧半径减小,电荷传递电阻和腐蚀产物膜电阻均减小,耐蚀性能降低。SEM像显示,Bi掺杂对钎料在介质中电化学迁移速度有减缓作用,因而对迁移所致的枝晶生长具有抑制作用。XRD谱显示,枝晶主要成分为Sn和Cu6Sn5,同时伴有少量的Bi和Ag3Sn。