Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料压入蠕变性能的研究

采用自制的蠕变装置研究Sn-0.7Cu-2Bi无铅钎料在温度60～120℃、压力30～50MPa下的压人蠕变性能,利用光学显微镜、SEM和XRD对钎料组织在蠕变前后的变化进行了分析.结果表明:随着温度和应力的增加,钎料的蠕变速率增大;Sn-0.7Cu-2Bi主要由Sn、Bi、Cu6Sn5三相组成,Bi固溶在Sn中造成晶格的畸变阻碍晶体滑移面的位错运动,导致其变形抗力大为增加,且晶界处偏聚的Bi颗粒对位错有钉扎作用,能提高钎料的抗蠕变性能;Sn-0.7Cu-2Bi钎料蠕变后出现回复再结晶,最终导致晶粒长大.     

纳米Ag颗粒增强复合钎料蠕变性能的研究

制备纳米Ag颗粒增强的Sn-Cu基复合钎料.研究不同温度载荷下复合钎料钎焊接头的蠕变断裂寿命,并与Sn-0.7Cu基体钎料钎焊接头进行对比.此外,确定纳米Ag颗粒增强的Sn-Cu基复合钎料钎焊接头在不同温度和应力水平下的应力指数和蠕变激活能,建立复合钎料钎焊接头的稳态蠕变本构方程.结果表明,在不同的温度和应力下,与Sn-0.7Cu钎料钎焊接头相比,纳米Ag颗粒增强的Sn-Cu基复合钎料钎焊接头的蠕变断裂寿命均有所提高,且具有更高的蠕变激活能,说明复合钎料钎焊接头具有更优的抗蠕变性能.     

SnZn系无铅钎料性能对比分析

对比研究了4种SnZn系无铅钎料的润湿性、抗蠕变性能以及力学性能.结果表明,SnZnAg/SnZnGa/SnZnAl的润湿性均高于SnZn钎料,合金元素的添加可以显著提高SnZn钎料的润湿性;SnZnAg钎料的抗蠕变性能最高,这主要是因为Ag-Zn金属间化合物颗粒钉扎位错引起的;合金元素的添加可以显著提高SnZn焊点的...     

含纳米铝颗粒SnAgCu钎料组织与性能

选择在SnAgCu钎料中添加纳米铝颗粒,改善无铅钎料的性能.结果表明,微量纳米铝颗粒可以增加SnAgCu钎料的润湿铺展面积,显著提高SnAgCu焊点的拉伸力和剪切力,添加过量时钎料的润湿性能会有一定程度的下降,经过优化分析发现纳米铝颗粒的最佳添加量应该控制在0.1％附近.对SnAgCu-xAl钎料的组织分析,发现纳米颗粒的添加,钎料组织得到明显的细化,树枝晶间距明显减小.对SnAgCu-xAl焊点进行蠕变拉伸测试,发现纳米铝颗粒可以显著提高SnAgCu焊点的蠕变断裂寿命,主要归因于纳米颗粒对位错的钉扎作用.     

Sn基无铅钎料晶须生长行为的研究

研究了有机-无机笼形硅氧烷齐聚物(POSS)对Sn基无铅钎料晶须生长行为的影响。分别采用纯Sn和Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)作为基体,加入3%(质量分数)的POSS硅三醇制备复合钎料。样品在-45~85℃的高低温循环条件下进行晶须生长加速实验,并观察样品表面及界面显微组织的演变。结果表明,POSS可在加速条件下稳定钎料基体,同时通过提高钎料的强度和硬度,来缓解钎料在热循环应力作用下产生的塑性形变,进而有效抑制2种钎料的晶须生长。     

Sn—Ag—Bi系无铅钎料的抗拉变形

研究了Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ系无铅钎料的机械性能和抗拉变形性能。用变化应变速度的方法评价了抗拉变形性能,以此研究了合金的热疲劳性能。在室温下进行了铸态试样和棒状试样的抗拉试验,在试验中反复变化应变速度,以求得应变速度敏感性指数ｍ值。在Ｓｎ－３．５Ａｇ共晶合金中加５％以内的Ｂｉ显著增加抗拉强度,但降低延伸率,特别是在３９３Ｋ时效６０５ｋｓ后,延伸下降更加明显,而Ｂｉ添加量在５－１５％时,对抗拉强度和延伸率     

稀土元素Ce对锡银铜无铅钎料润湿性及钎缝力学性能的影响

采用STA-5100型可焊性测试仪和STR-1000微焊点强度测试仪，对添加了稀土元素Ce的Sn-3．8Ag-0．7Cu无铅钎料的润湿性及钎缝的力学性能进行了研究。试验结果表明，Ce的加入，可以改善钎料的润湿性，质量百分含量为0．03％～0．05％时效果最好，温度升高以及通人氮气均可以明显地提高Sn-3．8Ag-0．7Cu—Ce无铅钎料的润湿性；当Sn-3．8Ag-0．7Cu钎料中稀土元素Ce的质量百分含量为0．03％时，钎缝的力学性能最佳。     

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。     

Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究

随着电子产品小型化、无铅化的发展，对焊接材料提出了更高的要求。无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能，在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。综述了近几年来Au80Sn20的发展状况，重点介绍了该焊料的可靠性研究。     

冷热冲击对无铅钎料可靠性的影响

文中对比了一种新型低银钎料Sn-Ag-Cu-Bi-Ni（SACBN07）与市场上的SAC305,SAC0307两种无铅钎料的抗冷热冲击性能.利用纳米压痕试验等微观测试方法研究时效后界面组织及力学性能的变化.结果表明,SACBN07的抗冷热冲击性能最好,焊点失效后三种材料中裂纹的扩展路径不同,SAC305失效裂纹位于体钎料中,SACBN07钎料断裂位置逐渐由钎料基体转移到金属间化合物（IMC）层中,而SAC0307断裂位于界面IMC中;钎料中Bi,Ni元素的加入有效地抑制了IMC的生长,相同冷热冲击时间,SACBN07钎料中界面IMC厚度最薄;SACBN07体钎料的硬度受冷热冲击影响最小,时效后仅降低了8.6%,而SAC305与SAC0307分别降低了12.5%和28.3%.     

电子互连无铅钎料及焊点蠕变行为研究进展

针对近年来无铅钎料及焊点的蠕变失效问题,综合评述了蠕变变形行为及其在焊点可靠性评估中的应用。首先系统地介绍无铅钎料的蠕变行为,探讨含合金元素/颗粒无铅钎料蠕变性能改性机制。其次评述焊点蠕变行为,探讨焊点成分以及不同基板材料对焊点蠕变特性影响的研究进展。再次结合具体电子器件,采用有限元模拟,分析基于有限元的焊点蠕变响应及疲劳寿命预测,评估焊点可靠性。最后针对无铅钎料及焊点蠕变行为的未来发展进行展望,分析其研究中存在的问题及解决办法,为焊点可靠性进一步研究提供理论支撑。     

Sn-Zn-Bi-(P,Nd)无铅钎料的微观组织及性能

研究了复合加入P,Nd元素的Sn-8Zn-3Bi钎料的微观组织、力学性能、抗氧化性及润湿性.结果表明,单独加入元素P会导致Sn-8Zn-3Bi钎料组织中出现初生Zn相,而同时加入元素P和Nd不仅能够抑制初生Zn相的形成,钎料组织也能够得到细化,因此钎料的塑性提高,断后伸长率达到48%.P,Nd元素的复合添加能够在钎料表面形成稳定的扩散阻挡层,抑制P元素在长时间加热条件下的烧损,进一步降低表面的氧化速度.由于钎料的抗氧化性提高,Sn-8Zn-3Bi-0.1P-0.05Nd钎料呈现出更好的润湿性.     

微量稀土元素铈对Sn-Ag-Cu无铅钎料物理性能和焊点抗拉强度的影响

研究了微量稀土元素铈对Sn-3．5Ag-0．5Cu无铅钎料的物理性能、润湿性能、焊点抗拉强度和显微组织的影响。结果表明，添加微量的铈后，钎料的导电性能提高，密度下降；铈含量（质量分数）在0．03％和0．05％时可以改善钎料的润湿性；特别是0．03％质量分数时晶粒组织最为细小均匀，焊点抗拉强度也最高；当铈含量（质量分数）大于0．1％时对钎料的性能产生不利影响，润湿时间升高，焊点抗拉强度大幅降低，因此稀土元素铈的最佳含量（质量分数）应为0．03％。     

Bi、Ag对Sn-Zn无铅钎料性能与组织的影响

研究了Bi、Ag对Sn-9Zn无铅钎料系统润湿性、接头力学性能及微观组织的影响。结果表明:Sn-9Zn无铅钎料的润湿性较差,添加适量的Bi有助于提高钎料的润湿性和接头剪切强度,但同时也使接头的塑性降低;添加适量的Ag能明显改善钎料的润湿性和接头塑性,但Ag的质量分数超过1.5%时会降低钎料润湿性和接头剪切强度。Sn-9Zn-Bi系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相及Bi的析出物组成;Sn-9Zn-Ag系无铅钎料组织由富Sn相、富Zn相及AgZn3化合物组成。     

稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni无铅钎料铺展性能及焊点力学性能的影响

研究了不同含量稀土元素Ce对Sn-Cu-Ni钎料铺展性能及其焊点力学性能及钎料显微组织的影响规律.结果表明,随着稀土元素Ce含量的增加,钎料在铜基板上的铺展面积逐渐增大,当Ce元素含量达到0.05%时,钎料的铺展面积达到最大.Sn-Cu-Ni钎料中添加适量的稀土元素Ce,能够细化钎料组织,从而提高焊点的力学性能.当Ce元素的含量为0.05%左右时,焊点的力学性能达到最佳值.Ce元素含量超过0.05%后,继续增大稀土元素Ce的添加量,Sn-Cu-Ni钎料的显微组织又变得粗大,铺展性能有所降低,焊点力学性能也随之有所下降.     

合金元素Ga对Sn-9Zn无铅钎料性能的影响

研究了合金元素Ga的添加量对Sn-9Zn无铅钎料熔化特性、润湿性能及其焊点力学性能的影响.结果表明,添加合金元素Ga以后,合金的熔点显著降低,熔化温度区间有所增大,润湿性能得到明显改善;合金元素Ga的添加量(质量分数)在0.5%时,钎料的晶粒组织最为细小均匀,钎料焊点的力学性能最佳;当合金元素Ga的添加量大于1%时,钎料的润湿性能趋于稳定,钎料组织中晶界处出现黑色富Ga相,钎料焊点的力学性能大幅度降低.因此,Sn-9Zn无铅钎料中合金元素Ga的最佳添加量为0.5%.     

两种雾化无铅焊锡粉末特性及钎焊接头显微组织

采用扫描电镜(SEM)和激光粒度分析仪研究了无铅焊锡粉末Sn3Ag2.8Cu和Sn3Ag2.8cu旬.1Ce的特性诸如球形度、粒度分布、润湿性及钎焊接头的显微组织,并与对应合金的润湿性及钎焊接头显微组织进行了对比.结果表明:Sn3Ag2.8Cu和Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce粉末都具有较好的粒度分布和球形度;与传统Sn37Pb粉末和Sn3Ag2.8Cu粉末相比,Sn3Ag2.8cu_o.1Ce粉末均具有更好的润湿性;在与铜基板的钎焊中,Sn3Ag2.8Cu-0.1Ce粉末的扩散层比Sn3Ag2.8Cu粉末更薄,但两种粉末与铜基板形成的扩散层均比其对应合金与铜基板的扩散层更厚.因此,Sn3A萨.8Cu-0.1Ce粉末具有更好的综合性能.     

Sn-9Zn-xCe钎料显微组织及钎焊性能的分析

研究了添加稀土元素Ce对Sn-9Zn无铅钎料的润湿铺展性能、显微组织和焊点力学性能的影响.结果表明,Ce元素的加入改善了钎料的润湿铺展性能,质量分数为0.08%时,钎料的铺展面积达到最大,润湿性能最佳.随着Ce元素的加入,钎料的基体组织得到细化,富Zn相逐渐减少,当元素Ce的添加量大于0.08%时,钎料的显微组织中出现块状稀土元素Ce和Sn的金属间化合物.无铅钎料Sn-9Zn中稀土元素Ce的添加量为0.08%时,钎料焊点的力学性能最佳.     

Environmentally friendly solders 3-4 beyond Pb-based systems

Based on environmental considerations, global economic pressures, enacted by legislations in several countries, have warranted the elimination of lead from solders used in electronic applications.Sn3.5Ag, SnAgCu, and Sn0.7Cu have emerged among various lead-free candidates as the most promising solder alloys to be utilized in microelectronic industries.However, with the vast development and miniaturization of modern electronic packaging, new requirements such as superior service capabilities have been posed on lead-free solders.In order to improve the comprehensive property of the solder alloys, two possible approaches were adopted in the current research and new materials developed were patented.One approach was involved with the addition of alloying elements to make new ternary or quaternary solder alloys.Proper addition of rare earth element such as La and Ce have rendered solder alloys with improved mechanical properties, especially creep rupture lives of their joints.Another approach, the composite approach, was developed mainly to improve the service temperature capability of the solder alloys.Composite solders fabricated by mechanically incorporating various reinforcement particles to the solder paste have again exhibited enhanced properties without altering the existing processing characteristics.The recent progress and research efforts carried out on lead-free solder materials in Beijing University of Technology were reported.The effects of rare earth addition on the microstructure, processing properties, and mechanical properties were presented.The behaviors of various Sn-3.5Ag based composite solders were also explicated in terms of the roles of reinforcement particles on intermetallic growth, steady-state creep rate, the onset of tertiary creep, as well as the overall creep deformation in the solder joints.Thermomechanical fatigue (TMF) behavior of the solder alloys and composite solders were investigated with different parameters such as ramp rate, dwell time, etc.The damage accumulation features and residual mechanical properties of the thermomechanically-fatigued composite solder joints were compared with non-composite solder joints.To match the lead-free alloys, various types of water soluble no-clean soldering flux have also been developed and their properties were presented.