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。     

时效温度对Sn-58Bi-xMo复合钎料焊点组织和性能的影响

研究了时效温度对Sn-58Bi-xMo(x=0,0.25)钎料基体显微组织、焊点界面IMC形貌及力学性能的影响规律。研究结果表明:随着时效温度的升高,钎料基体的显微组织逐渐粗大,焊点界面IMC的厚度也逐渐增大,IMC形貌由扇贝状转变为表面较为平缓的层状;相同时效条件下,Cu/Sn-58Bi-0.25Mo/Cu焊点的显微组织及IMC厚度较小;焊点的抗拉强度及剪切强度均随时效温度的提高呈下降趋势,且Mo颗粒的添加大大减缓了焊点时效过程中剪切强度的下降趋势。在同一时效温度下, Sn-58Bi-0.25Mo复合钎料焊点的抗拉强度及剪切强度均高于Sn-58Bi钎料焊点的。     

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。     

时效时间对Sn-58Bi-xCe/Cu焊点组织及显微硬度的影响

研究了时效时间对Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织和显微硬度的影响。结果表明:随着时效时间增加,Sn-58Bi/Cu和Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点组织逐渐粗化,界面IMC厚度不断增加;同一时效时间下,Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的晶粒尺寸和界面IMC层厚度均低于Sn-58Bi/Cu焊点。焊点的显微硬度均随时效时间增加先增大后降低,且Sn-58Bi-0.5Ce/Cu焊点的显微硬度均高于Sn-58Bi/Cu焊点。Ce颗粒的添加可有效抑制时效过程中焊点组织的粗化及界面IMC层厚度的增加,从而获得较高的显微硬度。     

Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头的热时效行为

对比研究了不同时效温度下Sn-58Bi和Sn-58Bi-0.5Ce钎焊接头的组织、界面IMC形态、厚度及接头拉伸性能和断口形貌。结果表明:Ce颗粒的添加细化了Sn-58Bi钎料的组织,抑制了Sn-58Bi钎料接头时效过程中组织的粗化、IMC形貌变化及厚度的增大。随时效温度的升高,Cu/Sn-58Bi-0.5Ce/Cu钎焊接头IMC形貌从扇贝状逐渐趋于平整,厚度逐渐增大,抗拉强度逐渐降低,拉伸断口由韧性断裂转变为脆性断裂。     

热循环对Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点界面与性能影响

为了改善Sn58Bi低温钎料的性能,通过在Sn58Bi低温钎料中添加质量分数为0.1%的纳米Ti颗粒制备了Sn58Bi-0.1Ti纳米增强复合钎料。研究了纳米Ti颗粒的添加对-55～125℃热循环过程中Sn58Bi/Cu焊点的界面金属间化合物(IMC)生长行为的影响。结果表明:回流焊后,在Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的界面处都形成一层扇贝状的Cu6Sn5IMC层。在热循环300次后,在Cu_6Sn_5/Cu界面处形成了一层Cu_3Sn IMC。Sn58Bi/Cu焊点和Sn58Bi-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,Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层厚度明显低于Sn58Bi/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2种焊点的IMC层扩散系数,结果发现Sn58Bi-0.1Ti/Cu焊点的IMC层扩散系数(整体IMC、Cu_6Sn_5和Cu_3Sn IMC)明显比Sn58Bi/Cu焊点小,这在一定程度上解释了Ti纳米颗粒对界面IMC层生长的抑制作用。     

电迁移对Cu/Sn-58Bi-0.01CNTs/Cu焊点组织及可靠性的影响

选用直流稳压电源对Cu/Sn-58Bi-x CNTs/Cu(x=0,0.01)焊点的抗电迁移性能进行了测量,研究了不同通电时间下焊点的组织、界面IMC形貌及蠕变性能。结果表明:随着通电时间的增加,钎料焊点的显微组织均呈粗化的趋势,焊点界面IMC形貌均由扇贝状趋于平坦,厚度呈上升的趋势,钎料焊点的蠕变断裂寿命均降低。与同一通电时间的焊点阳极对比,焊点阴极附近的组织更为细小,界面IMC更薄;相较于同一通电时间的Sn-58Bi钎料焊点,Sn-58Bi-0.01CNTs复合钎料的焊点显微组织更为细小,界面IMC更薄,焊点的蠕变性能更优。     

回流温度对Sn-58Bi焊点显微组织及剪切强度的影响

利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段,研究了回流温度对Sn-58Bi焊点显微组织及剪切强度的影响。结果表明:回流焊接后,Sn-58Bi/Cu钎焊接头的金属间化合物(IMC)层主要以Cu_6Sn_5相为主,IMC层厚度随回流温度的升高而增加。Sn-58Bi焊点剪切强度随回流温度的增加呈先增加后降低的趋势。IMC层过厚,将导致界面层脆性激增,产生裂纹,使剪切强度急速下降。回流温度在180℃～200℃范围内时,剪切强度最佳。     

温度对复合钎料组织与性能影响

制备Cu/Sn58Bi-1.5Al2O3/Cu焊接接头,研究温度对纳米Al2O3增强Sn-58Bi复合钎料焊点组织和性能的影响。结果表明,钎焊温度升高,钎料组织发生一定程度的粗化;温度升高后,Bi晶粒不断长大、体积比增加使钎料组织的硬度提升;时效处理后的钎料组织逐渐粗化,界面金属间化合物变厚甚至出现断层,时效处理使焊点抗拉强度下降,可靠性降低。     

Bi含量对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微观组织 及接头性能的影响

以Sn-0.3Ag-0.7Cu低银无铅钎料为研究对象,添加不同量的Bi(1.0％～4.5％)元素,和Cu盘进行钎焊,取部分试样进行高温时效处理.观察分析了Bi对钎料微观组织结构的影响,以及Bi对焊接接头界面金属间化合物(IMC)显微形貌演变、生长动力学和接头剪切强度的影响.研究结果表明;Bi元素的加入使钎料基体内晶粒尺寸变得细化而均匀,且随着Bi含量的增加可以显著提高钎料钎焊接头的剪切强度,断口经过扫描电镜观察发现剪切断面均沿着剪切方向有明显的塑性变形,这表明焊点中发生的是塑性断裂;高温时效试验表明,钎料基体中Bi的存在降低了界面IMC的生长速率,且随着Bi含量的增加,抑制IMC生长的作用越大.但是过量的Bi会使组织粗化,且对IMC生长的抑制作用反而会变差.IMC层厚度随着时效时间的延长明显增加,断裂机制很快由钎料基体的韧性断裂逐渐变为界面IMC的脆性断裂,使焊接接头的剪切强度明显下降.     

石墨烯纳米片增强的Sn-58Bi/Cu焊点可靠性

将不同含量（0%,0.025%,0.05%,0.075%,0.1%,0.2%,质量分数）的石墨烯纳米片（GNSs）添加到Sn-58Bi低温钎料中,研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明：添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度,但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加,钎料得到了相对细化的显微组织,界面金属间化合物（IMC）的厚度明显降低,并逐渐趋于平整。另外,随着GNSs的加入,Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式,这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此,添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。     

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.     

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。     

Al元素对亚共晶SnBi钎料接头组织及力学性能影响

通过向亚共晶Sn30Bi钎料中添加Al元素,制备新型Sn-30Bi-xAl低温无铅钎料,采用扫描电镜和拉伸力学实验等研究了时效前后Sn30Bi-Al钎料合金的微观组织及力学性能。结果表明:向亚共晶Sn30Bi钎料中加入Al元素,能够一定程度上抑制焊后接头中形成网状共晶组织,以及Bi相团聚,当Sn30Bi-Al合金中Al元素含量为0.3%时,对网状共晶组织形成和Bi相团聚的抑制作用最佳;在时效过程中,向Sn30Bi合金中添加Al元素,能够一定程度上抑制Bi相团聚,降低界面IMC层生长速率;当Al含量为0.3%时,Sn30Bi-0.3Al接头的力学性能最佳。     

Interfacial microstructure and properties of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu solder joint with rare earth Nd addition

Interfacial microstructure and properties of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu solder joints with trace amounts Nd additions have been investigated in this paper. The evolution of interfacial morphology of SCN solder joints with and without the presence of Nd under long-term room ambience was also studied. The greatest improvement to the solderability and tensile strength of SCN-xNd are obtained at 0.05 wt.% Nd. Meanwhile, the morphology and growth of interfacial intermetallic (IMC) layer are greatly improved by adding Nd, and the propensity for IMC spalling from the interface of solder joint is definitely reduced with the presence of rare earth Nd, since the sponge-like structure was completely inhibited in the solder joint containing Nd. In addition, a significant amount of Sn whiskers were present on the surface of NdSn₃ phases in the SCN0.15Nd/Cu solder joints, and the reason for this phenomenon has been briefly discussed.     

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.     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

Cu基板退火处理的Cu/Sn58Bi/Cu钎焊接头界面微结构

研究了铜基板退火处理对Cu/Sn58Bi界面微结构的影响. 结果表明,在回流以及时效24 h后Cu/Sn58Bi/Cu界面只观察到Cu₆Sn₅. 随着时效时间的增加,在界面形成了Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的双金属间化合物(IMC)层,并且IMC层厚度也随之增加. 长时间时效过程中,在未退火处理的铜基板界面产生了较多铋偏析,而在退火处理的铜基板界面较少产生铋偏析. 比较退火处理以及未退火处理的铜基板与钎料界面IMC层生长速率常数,发现铜基板退火处理能减缓IMC层生长,主要归因于对铜基板进行退火处理能够有效的消除铜基板的内应力与组织缺陷,从而减缓Cu原子的扩散,起到减缓IMC生长的作用.     

Influence of rapid solidification on Sn–8Zn–3Bi alloy characteristics and microstructural evolution of solder/Cu joints during elevated temperature aging

The effects of rapid solidification on the microstructure and melting behavior of the Sn–8Zn–3Bi alloy were studied. The evolution of the microstructural characteristics of the solder/Cu joint after an isothermal aging at 150 °C was also analyzed to evaluate the interconnect reliability. Results showed that the Bi in Sn–8Zn–3Bi solder alloy completely dissolved in the Sn matrix with a dendritic structure after rapid solidification. Compared with as-solidified Sn–8Zn–3Bi solder alloy, the melting temperature of the rapid solidified alloy rose to close to that of the Sn–Zn eutectic alloy due to the extreme dissolution of Bi in Sn matrix. Meanwhile, the adverse effect on melting behavior due to Bi addition was decreased significantly. The interfacial intermetallic compound (IMC) layer of the solder/Cu joint was more compact and uniform. Rapid solidification process obviously depressed the formation and growth of the interfacial IMC during the high-temperature aging and improved the high-temperature stability of the Sn–8Zn–3Bi solder/Cu joint.