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。     

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

针对微焊点服役过程中由大温度梯度导致的热迁移问题,设计了一种热迁移试验装置,研究了复合钎料/Cu钎焊接头热迁移过程中的组织演变与力学性能.研究结果表明:设计的试验装置可满足单一热迁移试验条件.与未热加载时相比,Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头热迁移200 h后,接头热端Cu6 Sn5界面金属间化合物(IMC)大幅减薄并在界面出现微孔洞;冷端界面粗大扇贝状IMC厚度明显增加,冷端Cu/Cu6 Sn5界面间生成平均厚度1μm的层状IMC Cu6 Sn5.热加载200 h后,钎焊接头剪切强度降低33％.复合钎料钎焊接头断裂位置由热端界面IMC/钎缝的过渡区向界面IMC方向迁移;随热加载时间增加其断裂机制由韧性断裂向先转变为以韧性断裂为主的韧-脆混合断裂,再转变为以脆性断裂为主的韧-脆混合断裂.Ni-GNSs增强相的添加可抑制复合钎料/Cu钎焊接头的热迁移.     

Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

研究了温度对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移组织与性能的影响。随着环境温度从100℃升高到140℃,及通电时间从24 h延长到72 h,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头阴极侧界面间金属化合物(IMC)Cu_6Sn_5逐渐变薄,由"扇贝状"变为"锯齿状"。阳极侧界面间IMC逐渐增厚,由"扇贝状"不断长大并形成凸起的小丘,且在母材接合处出现一层薄薄的Cu3Sn层。界面阳极侧IMC增加的厚度比界面阴极侧IMC减少的厚度大。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头剪切强度持续降低。随着温度升高,相应的剪切断口由钎缝区的解理与韧窝共存在的混合型断裂,逐渐变为界面阴极侧IMC的以解理为主的脆性断裂。     

Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头电迁移特性研究

针对微焊点服役下的电迁移可靠性检测,设计制造了满足焊点在理想电迁移环境下的试验装置。结果表明：通过热分解法制备Ni-GNSs增强相,得到的Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头能有效抑制电迁移现象的发生。在电加载条件下,随电流密度升高,Ni-GNSs增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu接头阳极区界面金属间化合物(IMC)由起伏扇贝状转变为平坦厚大的板状,并出现了明显Cu₃Sn;阴极区界面IMC由锯齿状转变为薄条状,且有明显空洞裂纹。钎焊接头断裂位置从阴极界面IMC/钎缝的过渡区向阴极界面IMC迁移,断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变,剪切强度明显下降。     

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。     

SnAgCu无铅钎料对接接头时效过程中IMC的生长

无铅钎料和铜基板间金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMC)的生长对元器件的可靠性有重要影响.使用Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料焊接Cu对接接头,并对对接头进行了125、150和175℃时效试验,时效时间分别为0、24、72、144、256、400 h.采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱X射线(EDX)观察了Sn3.8Ag0.7Cu/Cu界面IMC的生长及形貌变化,并对Sn3.8Ag0.7Cu/Cu界面扩散常数和生长激活能进行了拟合.此外,研究了时效对钎焊接头抗拉强度的影响,发现在时效条件下接头的抗拉强度呈先上升后下降的变化,且时效会对断裂形式造成影响.     

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.     

Cu含量对Sn基无铅钎料组织、界面反应影响

研究了Cu含量对Sn-xCu(x=0.7%,2%)、Sn-9Zn-xCu(x-0.2%,10%)两种无铅钎料的基体组织以及与Cu基板短时间钎焊时界面金属间化舍物(IMC)生长行为的影响.结果表明,当Sn-Cu钎料中Cu的含量为2%时,基体中IMC租化为块状的Cu6Sn5相;对于Sn-9Zn-xCu钎料合金,2%Cu元素的加入使得Sn-9Zn基体中长针状的富Zn相转化为Cu5Zn8相以及细小的富Zn相,而当Cu含量达到10%时,钎料基体中的IMC为CuZn相与Cu6Sn5相.在260℃短时间钎焊下,Cu含量的增加加速了Sn-xCu/Cu界面IMC的粗化和生长;而对于Sn-9Zn-xCu/Cu,Cu含量的增加却明显降低了界面IMC的生长速率.同时分析、讨论了界面IMC随钎焊时间变化的生长行为.     

时效处理对Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头组织及性能的影响

研究了Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头在70℃、100℃时效过程中的显微组织和剪切强度的变化。结果表明:在钎料和Cu基体的界面间存在金属间化合物,随时效时间的延长,界面金属间化合物层的厚度增厚,接头区的组织出现了粗化;脆性的金属间化合物是钎焊接头的薄弱环节,接头剪切强度随时效时间的增加和界面化合物的增厚而下降;在时效时间达1000min以后,容易在金属间化合物层内观察到空洞。     

超声波辅助钎焊铜与石墨的组织及性能

采用四元合金Ag30Cu25Zn4Ti作为活性钎料,在大气中利用超声波辅助钎焊技术对铜和石墨进行了钎焊.通过改变超声波作用时间和方式,研究了不同超声波作用时间下钎料氧化膜破碎的效果,及其与TiC反应层形貌之间的关系.采用扫描电子显微镜对钎焊接头的微观组织进行了观察,最后对钎焊的接头进行了力学性能分析.结果表明:随着超声波作用时间的延长,液态钎料中的氧化膜逐渐减少,最终完全消除;与此同时,TiC反应层的厚度也在逐渐增加,最终趋于稳定.钎焊接头的组织由铜侧到石墨侧依次主要为Cu/Cu-Zn金属间化合物,Ag基固溶体和Cu基固溶体/TiC/石墨,钎焊接头的剪切强度最大值为18 MPa,界面的结合主要是超声波作用下活性元素Ti在石墨侧的偏聚形成TiC反应层而形成的.     

低熔点铝基钎料的性能

采用真空感应熔炼炉制备低熔点Al-Si-Cu-Zn-Sn多元合金钎料,以Cu为主要降低钎料熔点的元素,Zn和Sn作为既降低钎料的熔化温度,又提高钎料的润湿性和流动性的元素.通过对钎料的性能测试表明:该钎料液相线温度为528.8℃,可在560℃钎焊6063铝合金,钎焊接头剪切强度达到母材抗拉强度的80%,并且该钎料具有良好的润湿性和流动性,可以用于锻铝及部分硬铝合金的钎焊.     

粉末冶金工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料组织性能的影响

在低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金制备工艺设计基础上,研究了预压和烧结对钎料合金组织与力学性能的影响。研究结果表明:低熔点Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金粉末冶金工艺预压应力和烧结温度分别为160 MPa和210℃,均高于高熔点铜、铝合金的预压应力和烧结温度。与熔炼法相比,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金抗拉强度提高了15.5%。烧结会影响Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金初生β-Sn相和共晶组织形态,随烧结温度升高,初生β-Sn相组织比例升高。     

回火温度对截齿钎焊接头抗剪强度的影响

为提高采煤机用截齿钎焊接头的抗剪强度,研究了钎焊后回火温度对钎缝显微组织和剪切强度的影响.试验表明,钎焊接头在不同热处理工艺下的剪切强度因回火温度不同而产生差别;回火温度在400℃左右时抗剪强度有低谷区.     

Sn-Zn钎料Cu接头的界面反应及力学性能

研究了时效对Sn-Zn-Bi-Nd/Cu接头的界面反应和力学性能的影响.实验结果表明:经过150 ℃下400 h时效,反应扩散层中不仅原有的Cu5Zn8反应层厚度增加,在近Cu一侧还形成了Cu6Sn5反应层.此外,实验发现在Cu5Zn8反应层中易形成微裂纹,且裂纹长度随着时效时间的延长而增加.此时Sn-Zn钎料接头的剪切强度低于Sn-Pb钎料接头的剪切强度,断裂形式为贯穿CusZns反应层的解理断裂.在80℃时效后,Sn-Zn钎料接头的剪切断口位于钎料区,断裂形式为延性断裂,当时效时间达到1000 h,接头的剪切强度与Sn-Pb钎料接头的剪切强度相当.     

复合钎料的研究进展

以复合钎料进行钎焊,对于异种材料的钎焊,特别是陶瓷和金属的钎焊是一种很有潜力的方法。在传统钎料中加入一定比例的各种形态的高温合金、碳纤维和陶瓷颗粒作为增强相所制成的复合钎料,具有合适的热膨胀系数,可有效降低因母材热膨胀系数不同而导致的钎焊接头处的残余应力,同时可提高钎焊接头的综合性能。按照传统复合材料的分类方式,从增强相尺寸的角度将复合钎料分为微米级增强复合钎料和纳米级增强复合钎料,分析复合钎料的特点及研究现状。通过分析不同尺寸增强相复合钎料对钎焊接头组织和力学性能的影响可知:与微米级增强复合钎料相比,纳米级增强复合钎料具有更加均匀且良好的组织结构,并能获得更高的接头强度。目前,有关纳米级增强复合钎料钎焊的增强机理尚未得到充分的研究,将成为今后研究工作的重点。     

快速凝固Al-Cu-Si薄带钎料真空钎焊锻铝合金的研究

与普通Al Si钎料相比 ,三种快速凝固Al Cu Si薄带钎料真空钎焊锻铝合金LD2对比实验表明 :快速凝固Al Cu Si薄带钎料具有钎焊温度低 (5 70℃ ) ,间隙小 (0 .0 5～ 0 .10mm) ,时间短 (10～ 15min)以及更高的接头强度等特点 ,其钎焊接头的拉伸强度接近甚至超过母材的抗拉伸强度(12 5MPa) ;钎焊强度随钎料中w(Cu)的增加而降低 .实验结果表明 ,快速凝固Al Cu Si薄带钎料是一种性能更好的新型真空钎焊钎料 .     

钎焊接头金属间化合物层形貌对扩散浓度和应力的影响

结合实验结果,建立了芯片封装技术中焊点金属间化合物(IMC)界面模型,采用有限元方法计算了模型中Sn钎料与Cu焊盘形成IMC层时Cu原子的扩散过程以及扩散应力大小与分布.结果表明:IMC层与钎料的界面形貌可显著影响Cu原子扩散浓度及应力行为.凹凸界面形貌会严重阻碍Cu原子的扩散,且靠近界面影响更为显著;扇贝形界面模型比...     

铝与奥氏体不锈钢的火焰钎焊

为改善铝和不锈钢的焊接接头性能,在奥氏体不锈铜（1Crl8Ni9Ti）的表层热浸镀一层ZL102铝合金,然后采用搭接的形式,应用火焰钎焊工艺进行纯铝（1060）板与奥氏体不锈钢板的焊接。利用金相显微镜和扫描电镜分析焊接接头的微观组织,并用显微维氏硬度仪和万能实验机床测定其显微硬度和拉伸性能。结果表明,通过不锈钢表面热浸镀铝,可实现铝与奥氏体不锈钢的火焰钎焊。在不锈钢／纯铝钎焊焊缝中存在不锈钢／热浸镀铝层、热浸镀铝层／钎缝、钎缝／纯铝三个界面。钎焊接头强度取决于各界面的连接质量。热浸镀铝层／钎缝界面是整个接头中最薄弱的界面,剪切断裂均发生在该区域。钎焊接头各区域中,热浸镀铝区硬度最高,达到99．4MPa。     

Ti对Ag-Cu系活性钎料微观组织及性能的影响

研究了Ti对Ag-Cu系活性钎料的润湿性、力学性能及微观组织的影响.结果表明,随着含Ti量(6～12wt％)增加,Ag-Cu-Ti系活性钎料对被焊基体c-BN的润湿性提高,而钎料显微硬度升高脆性增加,钎焊接头强度降低.Ag-Cu-Ti系活性钎料是由α-Ag固溶体、α'一Cu固溶体、Ag-Cu共晶和Ag-Ti、CuTi3等化合物组成.随含Ti量增加,α-Ag固溶体、脆性化合物增加,共晶组织减少,由于脆性化合物增加,钎料铸态组织中有微裂纹形成.当含Ti量为10wt％时,钎焊c-BN接头界面结合致密,形成化合物型界面,实现Ag-Cu-Ti系活性钎料与c-BN的界面冶金结合.     

快冷铜基钎料真空钎焊的润湿性研究

利用快速凝固技术制备出Cu-Ni-Sn-P快冷薄带钎料,将此钎料分别在不同钎焊温度和钎焊时间下与紫铜进行真空钎焊.借助DTA、EPMA的分析,探讨了在不同钎焊条件下钎焊接头的显微组织结构及同成分快冷钎料与普通钎料的润湿性差异.研究结果表明,与普通钎料相比快冷钎料润湿性明显提高,钎料与母材的相互扩散和冶金结合增强.