钎焊及其设备

20092135日用陶瓷与不锈钢钎焊连接的界面组织与性能分析/李卓然…//焊接学报.-2008,29(10):9~12对日用陶瓷进行了化学镀镍,实现了镀镍陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢的钎焊连接。借助扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、压剪试验等分析测试手段,分析了陶瓷/Ni/Sn-3.5Ag/不锈钢在大气环境下,钎焊接头的界面组织结构和接头性能。结果表明,化学镀镍陶瓷/1Cr18Ni9Ti不锈钢接头为多层复合结构,镀镍层与锡基钎料发生界面反应,其界面反应产物为Ni3Sn4金属间化合物及锡基固溶体。当连接温度为300℃,连接时间为5min时,接头的抗剪强度能达到15.7MPa。该方法成本低,便于批量生产,拓宽了日用陶瓷的使用范围,具有一定的应用价值。图7表3参1020092136细间距器件焊点力学性能与数值模拟/张亮…//焊接学报.-2008,29(10):89~92采用再流焊方法对细间距器件进行钎焊试验,针对使用SnAgCu和SnPb两种钎料对应的焊点进行了研究。结果表明,SnAgCu焊点的拉力明显高于SnPb焊点,说明SnAgCu对应焊点的抗拉强度更高。对焊点断口组织分析发现,SnAgCu焊点拉伸断裂方...     

钎焊及其设备

20092135日用陶瓷与不锈钢钎焊连接的界面组织与性能分析/李卓然…//焊接学报.-2008,29(10):9~12对日用陶瓷进行了化学镀镍,实现了镀镍陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢的钎焊连接。借助扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、压剪试验等分析测试手段,分析了陶瓷/Ni/Sn-3.5Ag/不锈钢在大气环境下,钎焊接头的界面组织结构和接头性能。结果表明,化学镀镍陶瓷/1Cr18Ni9Ti不锈钢接头为多层复合结构,镀镍层与锡基钎料发生界面反应,其界面反应产物为Ni3Sn4金属间化合物及锡基固溶体。当连接温度为300℃,连接时间为5min时,接头的抗剪强度能达到15.7MPa。该方法成本低,便于批量生产,拓宽了日用陶瓷的使用范围,具有一定的应用价值。图7表3参1020092136细间距器件焊点力学性能与数值模拟/张亮…//焊接学报.-2008,29(10):89~92采用再流焊方法对细间距器件进行钎焊试验,针对使用SnAgCu和SnPb两种钎料对应的焊点进行了研究。结果表明,SnAgCu焊点的拉力明显高于SnPb焊点,说明SnAgCu对应焊点的抗拉强度更高。对焊点断口组织分析发现,SnAgCu焊点拉伸断裂方...     

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.     

加载速率和钎料厚度对SnAgCu/Cu焊点剪切行为影响

采用四种加载速率(1,0.1,0.01,0.001 mm/s),对四种钎料厚度(0.1,0.2,0.3,0.6 mm)的SnAgCu/Cu搭接焊点进行了剪切破坏试验,分析了不同加载速率以及钎料尺寸对焊点抗剪切性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了剪切试样断口形貌、裂纹的萌生位置及扩展路径,阐释了SnAgCu/Cu焊点断裂失效机理. 结果表明,加载速率在0.001~1 mm/s范围内,焊点抗剪切强度随加载速率的增加而增大,不同加载速率条件下焊点的断裂模式都为韧性断裂. 不同钎料厚度的SnAgCu/Cu焊点随着焊点厚度的减小,其抗剪切性能提高,表现出明显的体积效应,其裂纹萌生位置逐渐由焊点内部向IMC层转移. 焊点断口形貌为拉伸撕裂型伸长韧窝和剪切平面,断裂机理为微孔聚集型-纯剪切复合断裂.     

细间距器件无铅焊点力学性能和断口形貌分析

分别采取红外再流焊和激光再流焊焊接细间距器件,研究了SnPb,SnAgCu和SnAg三种钎料在不同焊接热源下焊点的力学性能。结果表明,激光再流焊对应焊点的力学性能优于红外再流焊,该现象在使用SnAg钎料的情况下尤为显著,同时无铅焊点优于传统的SnPb焊点。对焊点断口形貌进行研究,发现激光焊接的条件下,焊点断口韧窝较多、较深,断口的撕裂棱朝固定的方向延伸,而红外热源焊接的条件下,断口韧窝较少,较浅,两种情况下焊点韧窝开裂均为穿晶开裂。     

基于Anand模型SnAgCu-X焊点疲劳寿命预测

Anand模型采用有限元法模拟WLCSP器件Sn3.8Ag0.7Cu-X（Ce，Fe）无铅焊点在热循环载荷条件下的应力-应变响应，借助蠕变应变疲劳寿命预测模型SnAgCu，SnAgCuCe，SnAgCuFe焊点疲劳寿命.结果表明，在服役器件整体器件出现明显的变形现象，电路板翘曲严重.从中心到拐角焊点变形-应力-应变逐渐增加，芯片下拐角焊点成为整个结构潜在的危险区域.通过计算WLCSP器件SnAgCu、SnAgCuCe和SnAgCuFe三种焊点的疲劳寿命，证实了SnAgCuCe和SnAgCuFe焊点寿命明显高于SnAgCu焊点，证明了在SnAgCu中添加一定量的铈和铁可以显著提高SnAgCu焊点的使用寿命，分析结果为新型无铅钎料的研发提供理论支撑.     

SnAgCu无铅钎料焊点结晶裂纹

针对印刷电路板(PCB)上无铅钎料SnAgCu微小焊点的结晶裂纹,利用设计的试件重现无铅钎料钎焊过程中产生的结晶裂纹,对无铅钎料结晶裂纹进行模拟,同时研究了微量元素的添加对SnAgCu合金焊点结晶裂纹形成的影响。结果表明,在尺寸很小的焊点上仍然存在明显的结晶裂纹。用焊点结晶裂纹的总长度定量地评价无铅钎料结晶裂纹的敏感倾向,添加Ni和Ce元素能够降低无铅钎料结晶裂纹的形成,而P元素的添加却加剧了结晶裂纹的形成,明显增加了焊点处的结晶裂纹。     

QFP器件微焊点可靠性分析

通过数值模拟对QFP焊点力学性能的影响规律进行了研究,高密度化引线以及使用无铅钎料时焊点的等效应力较小.结果表明,引线数的增加以及钎料的无铅化显著提高了焊点抗拉强度,激光再流焊比红外再流焊的抗拉强度的提高了25%左右.锡铅钎料QFP断口表面晶粒较粗大,而无铅钎料的QFP断口处晶粒较细,红外再流焊加热方式下形成的焊点断口有大小不等的韧窝存在,断裂方式兼有脆性断裂和韧性断裂的特征,而激光加热方式下焊点的断口呈现均匀的韧窝形貌,断裂方式属于韧性断裂.实际焊接试验结果与理论模拟结果相吻合.     

矩形片状元件无铅焊点断裂机制

采用微焊点强度测试仪测试了Sn-Ag-Cu钎料和Sn-Pb钎料钎焊的矩形片状元件钎焊接头的抗剪强度,并对焊点断口进行了扫描电镜分析.结果表明,Sn-Ag-Cu无铅钎料焊点的抗剪力明显大于Sn-Pb钎料焊点的抗剪力,但是两种焊点的剪切力变化曲线相似,表明焊点在剪切失效前都有明显的塑性应变过程.断口SEM分析发现,两种焊点的断裂位置都位于钎料与元件底面焊盘的界面处和钎料与元件侧面焊盘的界面处,且Sn-Ag-Cu钎料焊点的性能都比Sn-Pb钎料焊点的性能优异,说明Sn-Ag-Cu钎料完全可以替代Sn-Pb钎料钎焊矩形片状元件.     

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。     

QFP器件微焊点热疲劳行为分析

通过数值模拟可知,蠕变应变和塑性应变在时间历程处理过程中,以阶梯状累积增加.基于 Shine and Fox 模型和 Solomon 模型,运用等效应变进行 SnPb 和 SnAgCu 焊点的疲劳寿命评估,分别为 937 次和 1391 次.结果表明,焊点的拉伸力均随着热循环次数的增加而减小;SnAgCu 焊点的热循环可靠性优于 SnPb 焊点,焊点在热循环后的断裂形式已由韧性断裂转变为脆性断裂.随着热循环次数的增加,焊点界面处的金属间化合物层不断的生长,脆性的金属间化合物使得焊点的可靠性严重削弱,导致焊点的拉伸力下降.

Abstract：

The crrep strain and plastic strain of soldered joints in time history are studied and analyzed with numerical simulation method, which are found to be accumulated as ladder form.Based on Solomon and Shine and Fox models, the fatigue life values of the Sn-Pb and SnAgCu soldered joints are evaluated by equivalent strain, which are about 937 and 1 391 respectively. The experimental results showed both in experiment and simulation results indicate that the tensile force of soldered joints will be decreased with the increase of thermal cychng times, the reliability of SnAgCu after thermal cycling is better than that of Sn-Pb, the fracture mode of the soldered joints transforms from toughness fracture into brittle fracture,and the brittle intermetallic compounds at the interface of soldered joints will grow up gradually with the increase of thermal cycling times during thermal cycling process, which give a strong impact to the reliability of soldered joints and reduce the tensile force of soldered joints at the same time.     

细间距器件SnAgCu焊点热疲劳性能研究

通过试验和数值模拟两种方法分析细间距器件SnAgCu焊点的热疲劳寿命。采用-55～125℃温度循环试验,发现SnAgCu焊点疲劳寿命约为1150次。基于Anand方程和Wong方程两种本构模型,针对两类疲劳寿命预测方程进行对比研究。结果显示,基于两种模型计算的SnAgCu焊点应力时间历程曲线具有相类似的趋势,但是应力值有较大差别。针对两类疲劳寿命预测方程,结合试验研究分析焊点的疲劳寿命,基于Wong方程结合双蠕变模型计算的疲劳寿命值和试验结果吻合良好,而基于Anand方程结合Engelmaier修正的Coffin-Mason方程计算的疲劳寿命略高于试验结果。     

高温存贮对SnAgCu/Cu表面贴装焊点抗剪强度与显微组织的影响

测试了SnAgCu/Cu表面贴装焊点经高温存贮试验后的抗剪强度,采用扫描电镜观察其断口的显微组织,研究分析了高温存贮对焊点断口形貌及断裂机制的影响规律.结果表明,随着高温存贮保温时间的延长,焊点抗剪强度持续下降,焊点显微组织的晶粒逐渐长大,由于韧窝及空洞的产生,焊点最终发生断裂,断裂机制是由韧窝及空洞两者共同作用的韧性断裂,焊点断口形貌变化规律与其抗剪强度值的变化趋势一致.     

无铅钎料对不同引脚数QFP微焊点抗拉强度的影响

采用微焊点强度测试仪测试了不同引脚数方形扁平式封装（QFP）微焊点的抗拉强度，研究了QFP的引脚数、钎料成分对其力学性能的影响，并采用扫描电镜对微焊点断裂处的显微组织进行了分析。结果表明，在相同引脚数的条件下，SnAgCu钎料的微焊点抗拉强度大于Sn—Pb钎料的微焊点抗拉强度；在钎料成分相同时，48引脚数的QFP微焊点强度小于100引脚数的QFP微焊点强度。     

矩形片式电阻半导体激光钎焊无铅焊点的热循环试验

选用Sn-Ag-Cu无铅钎料,采用半导体激光软钎焊和红外再流焊两种方法对0805型矩形片式电阻元件进行钎焊,并对采用不同方法得到的钎焊焊点进行热循环试验.结果表明,激光软钎焊矩形片式电阻焊点的力学性能优于传统红外再流焊工艺所获得的电阻焊点的力学性能;片式电阻焊点的剪切力随热循环次数的增加呈现下降趋势,在热循环次数相同时,激光软钎焊焊点的力学性能优于红外再流焊焊点.随着热循环次数的增加,片式电阻焊点的剪切断裂的方式由明显的韧性断裂逐渐向脆性断裂转变.     

Fracture pattern evolution of SnAgCu–SnPb mixed solder joints at cryogenic temperature

The effect of cryogenic temperatures on the mechanical properties and fracture mechanism of SnAgCu–SnPb mixed solder joints was investigated. The results showed that the tensile strength of mixed solder joints first increased with the increase of Pb content and reached its maximum at 22.46 wt.% Pb; subsequently, it decreased as Pb content increased. However, cryogenic temperatures improved the tensile strength of the solder joints. Both Pb content and cryogenic temperature caused the fracture mode of the mixed solder joints to change; however, temperature remained the main influencing factor. As the temperature fell from 298 to 123 K, the failure pattern in the solder joints transformed from ductile fracture to quasi-ductile fracture to quasi-brittle fracture and finally, to brittle fracture.     

Numerical simulation of soldered joints and reliability analysis of PLCC components with J-shape leads

This paper deals with a study on SnPb and lead-free soldered joint reliability of PLCC devices with different lead counts under three kinds of temperature cycle profiles, which is based on non-linear finite element method. By analyzing the stress of soldered joints, it is found that the largest stress is at the area between the soldered joints and the leads, and analysis results indicate that the yon Mises stress at the location slightly increases with the increase of lead counts. For PLCC with 84 leads the soldered joints was modeled for three typical loading （273 -398 K, 218 -398 K and 198 -398 K） in order to study the influence of acceleration factors on the reliability of soldered joints. And the estimation of equivalent plastic strain of three different lead-free solder alloys （ Sn3.8AG0. 7Cu, Sn3.5Ag and Sn37Pb ） was also carried out.