SnBi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu₆Sn₅相.     

温度与镀层对Sn0.7Cu焊料合金润湿性的影响

主要研究了真空状态下,焊接温度为530,560和590 K时,Sn-0.7Cu焊料合金在镀Cu、镀Ni、镀Ni/Ag和镀Ni/Au基板上的润湿性.结果表明:提高钎焊时的焊接温度,有助于降低液态Sn-0.7Cu焊料合金的表面张力,从而增大Sn-0.7Cu焊料合金在焊接基板上的润湿性.在相同的焊接条件下,Sn-0.7Cu焊料合金在镀Ni/Ag和镀Ni/Au基板上的润湿性比其在Cu和镀Ni基板上的润湿性好.     

复合球栅阵列CBGA封装器件热循环损伤的有限元模拟

用粘塑性的本构方程描述62Sn39Pb2Ag和96.5Sn3.5Ag两种常用焊料的材料模式，使用通用的有限元分析软件ANSYS模拟了CBGA（Ceramic Ball Grid Array）封装器件焊球阵列应力应变的分布以及塑性功的积累，基于Darveaux等人提出来的塑性能量积累损伤方程，从热循环损伤的角度考察了焊点的可靠性，并对单一焊点阵列器件和复合焊点阵列封装器件的性能进行了比较。     

热循环载荷下POP堆叠电子封装的可靠性研究

POP堆叠各个材料之间的热膨胀系数差别较大,在多次使用发热后导致的热失配问题变成了一个研究重点。本文主要通过ANSYS软件建立1/4POP堆叠的三维有限元分析模型,施加的热载荷依据美国ML-STD-883军标。同时考虑Sn3. 0Ag0. 5Cu材料焊料球的粘塑性以Anand模型表现。通过观察计算完成后的位移云图、von mises应力云图、以及等效塑性应变云图、最大等效塑性应变焊料球应力分布等,分析在多次热循环中顶层、底层焊料球的关键焊点位置,最大应变出现位置等,通过所得到的数据以及曲线图的塑性应变值以Manson-coffin模型来估算该种POP堆叠的热循环寿命。进而分析出POP堆叠在热循环载荷下的可靠性。     

Bi元素添加对Sn1.0Ag低银无铅焊料性能的影响

为了降低Sn-Ag系焊料的熔点和成本，在Sn1.0Ag焊料中加入质量分数为x(x=0.5,1.0,2.0,3.0)的Bi元素，对焊料的物相成分、熔点、润湿性、拉伸性能、金属间化合物的形貌和厚度、焊点的剪切性能进行了研究，得出了Bi元素的添加对Sn1.0Ag焊料性能的影响规律.结果表明，Bi元素的加入可以降低焊料的熔点，提高焊料的润湿性和抗拉强度，抑制金属间化合物的过度生长，提高焊点的剪切强度；少量添加Bi元素，焊料的塑性上升，Bi元素添加量增大，断后伸长率反而降低，焊料的塑性下降.     

Ag对Sn-57Bi无铅钎料组织和性能的影响

研究了在Sn-57Bi近共晶合金的基础上加入少量的Ag后对Sn-57Bi钎焊料铸态组织、抗拉强度和Sn-57Bi／Cu焊接性能的影响。试验结果表明，ωAg=0．1％～1．0％可使合金的共晶组织变细，β-Sn枝晶相的尺寸变小，提高其抗拉强度；使Sn-57Bi／Cu接头的剪切强度有所提高。     

Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在热循环下的电迁移行为

自主设计了热循环下钎焊接头电迁移试验装置,探究了热循环下电流密度对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅钎焊接头界面及组织性能的影响。研究结果表明:在电流密度达到7.0×10~3A/cm~2时,出现明显的电迁移现象。随电流密度增加,钎焊接头阳极区金属间化合物(IMC)厚度显著增加,增厚的化合物主要是Cu_6Sn_5;阴极区IMC厚度呈幂指数缓慢增加,主要表现为Cu_3Sn的生长,且在阴极区与钎缝过渡区域出现裂纹和孔洞。钎焊接头发生电迁移后剪切强度降低50%,断裂发生在阴极界面IMC上,剪切断口呈脆性断裂。     

回流次数对Sn3.5Ag0.5Cu焊点特性的影响

研究了回流次数对Sn3．5Ag0．5Cu焊点特性的影响，采用扫描电镜SEM和光学显微镜对多次回流后Sn3．5Ag0．5Cu焊点界面金属间化合物（IMC）层的形貌和拉伸断裂断口形貌进行了分析．结果表明：随着回流次数的增加，焊点的宽度和金属间化合物的厚度增加；焊料和凸点下金属化层（UBM）之间界面上的IMC组织从针状逐渐粗化；焊料的拉伸强度有轻微变化；断裂面第一次回流焊后出现在焊料中，而多次回流焊后断裂面部分出现在焊料中，部分出现在UBM和焊料的界面中．     

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和微剪切试验等手段,研究了镀镍还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能。研究结果表明:在恒温120℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,随着通电时间的增加,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区金属间化合物(IMC)层Cu_6Sn_5和Cu_3Sn平均厚度增大,阴极区界面IMC层Cu_6Sn_5平均厚度减小、Cu_3Sn平均厚度先增大后减小。Ni-rGO的添加,明显抑制了Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区Cu_6Sn_5的生长及阴极区微空洞的生成,提高了钎焊接头剪切强度。通电72 h后,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头的剪切强度较未添加Ni-rGO的提高了47.8%。复合钎料/Cu钎焊接头电迁移剪切断裂,由阴极钎缝区呈以韧窝为主的韧性断裂,向界面IMC由解理、准解理和少量韧窝组成的混合型断裂转变。     

Cu基底表面氧化对倒装焊的影响

研究了基底Cu焊盘表面发生氧化对倒装芯片回流焊的影响,分别采用未发生氧化的Cu基底和在200℃空气中加热5 h后引入氧化层的基底样片进行试验,对回流焊接试验后的样片截面形貌进行扫描电子显微镜测试,分析测试结果发现:当温度高于228℃时正常Cu基底上的焊球熔化后沿焊盘延伸并溢出焊盘表面,而引入氧化层基底上的焊球没有溢出焊盘表面.研究表明:焊料在Cu氧化基底上的延伸速率低于其在正常Cu基底上的延伸速率,进一步说明焊料在Cu氧化基底上的表面张力比正常Cu基底大,可以承受更大的外力作用.     

Microstructural evolutions of Cu(Ni)/AuSn/Ni joints during reflow

Interfacial reactions of the Ni/AuSn/Ni and Cu/AuSn/Ni joints are experimentally studied at 330℃for various reflow times.The microstructures and mechanical properties of the as-solidified solder joints are examined.The as-solidified solder matrix of Ni/AuSn/Ni presents a typical eutecticξ-(Au,Ni)_5Sn+δ-(Au,Ni)Sn lamellar microstructure after reflow at 330℃for 30 s.After reflow for 60 s,a thin and flat(Ni,Au)_3Sn_2 intermetallic compound(IMC) layer is formed,and some needle-like(Ni,Au)_3Sn_2 phases grow f...     

Hillock Sn whiskers growth behaviors in Sn0.3Ag0.7Cu/Cu solder joints during corrosion

Hillock Sn whiskers in Sn0.3Ag0.7Cu solder are investigated in 20 seconds in corrosive climate(95% methanol and 5% nitric acid),and the growth mechanism of hillock Sn whiskers is studied.The results indicate that hillock Sn whiskers are formed near the interface of Sn0.3Ag0.7Cu/Cu solder joints,and small corrosion pits provide conceive sites for Sn whiskers. Moreover,compressive stress induced by IMC reaction and oxidation for the whisker growth may be suggested as the driving force.     

Characterization of Cu3P phase in Sn3.0Ag0.5Cu0.5P/Cu solder joints

This article reports the effects of phosphorus addition on the melting behavior, microstructure, and mechanical properties of Sn3.0Ag0.SCu solder. The melting behavior of the solder alloys was determined by differential scanning calorimetry. The interracial micro- structure and phase composition of solder/Cu joints were studied by scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry. Thermodynamics of Cu-P phase formation at the interface between Sn3.0Ag0.5Cu0.5P solder and the Cu substrate was characterized. The results indicate that P addition into Sn3.0Ag0.5Cu solder can change the microstructure and cause the appearance of rod-like CuaP phase which is distributed randomly in the solder bulk. The Sn3.0Ag0.5Cu0.5P joint shows a mixture of ductile and brittle fracture after shear test- ing. Meanwhile, the solidus temperature of Sn3.0Ag0.5Cu solder is slightly enhanced with P addition.     

Interfacial intermetallic compound growth and shear strength of low-silver SnAgCuBiNi/Cu lead-free solder joints

The growth rule of the interfacial intermetallic compound (IMC) and the degradation of shear strength of Sn-0.8Ag-0.5Cu-2.0Bi-0.05Ni (SACBN)/Cu solder joints were investigated in comparison with Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305)/Cu solder joints aging at 373, 403, and 438 K. The results show that (Cu_1?x,Ni_x)₆Sn₅ phase forms between the SACBN solder and Cu substrate during soldering. The interfacial IMC thickens constantly with the aging time increasing, and the higher the aging temperature, the faster the IMC layer grows. Compared with the SAC305/Cu couple, the SACBN/Cu couple exhibits a lower layer growth coefficient. The activation energies of IMC growth for SACBN/Cu and SAC305/Cu couples are 111.70 and 82.35 kJ/mol, respectively. In general, the shear strength of aged solder joints declines continuously. However, SACBN/Cu solder joints exhibit a better shear strength than SAC305/Cu solder joints.     

SnAgNi钎料钎焊Ni镀层SiCp/Al复合材料的接头微观结构及剪切性能

采用Sn-2·5Ag-2·0Ni焊料钎焊了具有Ni(P)/Ni(B)和Ni(P)/Ni两种双镀层结构的SiCp/Al复合材料.结果表明,SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)和SnAgNi/Ni/Ni(P)两种接头均生成唯一的金属间化合物Ni3Sn4.SnAgNi焊料与Ni(B)镀层之间的快速反应速度使Ni3Sn4金属间化合物具有高的生长速度.时效初期的SnAgNi/Ni/Ni(P)接头的剪切强度高于SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接头,但在250h时效后其剪切强度剧烈下降,低于SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接头.金属间化合物的生长及裂纹的形成是SnAgNi/Ni/Ni(P)接头失效的主要原因,而SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接头失效的主要原因是Ni(P)镀层中Ni原子的定向扩散使SiCp/Al复合材料与Ni(P)处产生孔洞.     

Sn-Zn-Cu/Cu界面反应及剪切强度

为探讨Cu的加入对Sn-Zn钎料性能的影响,研究了Sn-Zn-xCu与Cu箔钎焊界面处金属间化合物(IM C)成分、形貌及剪切强度.试验结果表明,含0~1%Cu时,Sn-Zn-xCu钎料与Cu母材钎焊界面处IM C主要为层状Cu5Zn8相;在含2%~6%Cu时,为Cu6Sn5相和Cu5Zn8相共同组成;在含8%Cu时,为Cu6Sn5相.这是由于合金基体中生成的Cu-Zn化合物阻碍了Zn向Cu界面处扩散,进而使得界面处IM C由层状Cu5Zn8逐渐向扇贝状Cu6Sn5转变.另外,随着Sn-Zn钎料中Cu含量的增加,Sn-Zn-xCu/Cu接头剪切强度因界面IM C类型的变化以及钎料合金自身强度的提高而使得钎焊接头剪切强度明显提高.     

Sn-Ag-Cu和Sn-Ag-Bi焊料在Ni-P基板上焊点剪切强度的分析

采用改进的剪切强度测试方法,对Sn-Ag-Cu,Sn-Ag-Bi无铅焊料在Ni-P基板上的焊点,经0~1 000 h热时效后的剪切强度进行了测量,并对断裂面的微观结构进行了观察分析.结果表明焊点的剪切断裂位置与焊接界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)的厚度有关,随着IMC的增厚,前切断列的位置将逐渐接近于IMC与基板的界面;Sn-Ag-Bi焊点的剪切强度明显高于Sn-Ag-Cu,剪切断裂则更易于发生在IMC层中.