Cu,Ni对Sn-Zn-Al无铅焊料组织和性能的影响

为了提高Sn-Zn系无铅焊料的性能,通过微合金化的方法得到了Sn-Zn-Al-Cu,Sn-Zn-Al-Ni四元无铅焊料.首先采用润湿平衡法对合金在铜片上的润湿力和润湿时间进行了测试.然后采用比色分析的方法直观比较了焊料的抗氧化性,最后测试了焊料的力学性能并对其微观组织进行了分析.结果表明:Cu和Ni的加入使得Sn-Zn-Al合金的润湿性有所提高,同时对抗氧化性-无明显影响;微量Cu,Ni的加入使得组织中的粗大针状富Zn相细化和减少,并出现了新的含铜和含镍增强相,在强度提高的同时,塑性略有降低.     

Sn-Zn基无铅焊接材料的界面反应和润湿性能

总结了近年来Sn-Zn基与不同成分基板的界面反应的研究现状,概括了界面反映的主要生成物是Cu6Sn5和Cu5(Zn,Sn)两种化合物.同时总结了提高Sn-Zn基无铅焊料润湿性能所作的工作,指出在添加剂中加入金属有机物可能会成为提高焊料润湿性能的一个途径.     

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.     

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.     

Be/Cu/HR-1不锈钢扩散连接界面特性

以Cu为中间层材料,采用Greeble1500热模拟试验机对Be/HR-1不锈钢进行扩散连接试验,利用PME Olympus Tokyo光学显微镜、扫描电镜(SEM)、显微硬度计(HV-1000)、X射线衍射仪研究分析了其界面特性.研究表明,Cu层过渡材料能有效阻碍Be和Fe之间的互扩散以及阻挡不锈钢中合金元素Ni、Cr等向铍基体的扩散,从而阻碍了它们之间金属间化合物在扩散区内的形成,但它也带来了新的金属间化合物如Be2Cu;金属间化合物优先沿晶界生成,呈三维网状分布;元素的扩散主要沿晶界进行,且扩散不是各个部位均等的向前推进,也没有单一的金属间化合物薄层形成;试样的断裂位置在Be/Cu界面处.     

镍对C／Cu复合材料界面特性影响的研究

利用透射电镜及x射线衍射仪研究了C/Cu复合材料的界面特性及合金元素镍对C/Cu复合材料界面特性的影响。研究表明,C/Cu复合材料的界面既无化学反应也没有扩散发生,C-Cu界面是物理结合。合金元素Ni与碳纤维发生互扩散使碳纤维发生一定的石墨化,但使C-Cu界面结合强度明显提高,因此使C/Cu复合材料的强度从650MPa提高到760MPa,横向剪切强度从30MPa提高到70MPa。扩散型界面结合是理想的界面结合状态。     

BGA封装中含Bi,Ni的无铅焊球剪切强度研究

对Sn/3.5Ag/0.7Cu,Sn/3Ag/3Bi/0.5Cu和Sn/3Ag/3Bi/0.5Cu/0.1Ni三种BGA无铅焊球(0.76 mm)经不同热循环后,在FR-4基板上的剪切强度进行了测量.采用SEM和EDX对样品截面进行观察和元素分析.数据表明,Bi的掺入提高了焊料的润湿性及焊接强度,并减缓了IMC的生长速度;焊料中加入微量Ni可有效减小焊点下金属上Ni镀层的耗穿速度,抑制了焊球经热循环后焊接强度的下降.     

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.     

无钎焊料与Zr基块状非晶合金的润湿行为

通过座滴法研究了Sn-In、Sn-Bi和Sn-Ag-Cu三种焊料分别与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿行为.结果显示在三种焊料中,Sn-In对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最好,而Sn-Bi焊料对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最差.利用扫描电镜研究了Sn-In焊料与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的界面特征,其界面处有化合物出现.     

Au-Sn焊点异质界面的耦合反应及其对力学性能的影响

为了探讨Au-Sn异质焊点耦合界面反应对界面IMC层生长行为及焊点力学性能的影响,采用回流焊技术制备Ni/AuSn/Ni和Cu/AuSn/Ni三明治结构焊点,通过扫描电子显微镜(SEM)与能谱分析(EDS)研究焊点在钎焊与老化退火中的组织演变。研究结果表明:在钎焊中Ni-Ni焊点的Au Sn/Ni界面形成(Ni,Au)_3Sn_2金属间化合物(IMC)层,而Cu-Ni焊点的AuSn/Ni界面形成(Ni,Au,Cu)_3Sn_2四元IMC层,表明钎焊过程中上界面的Cu原子穿过Au Sn焊料到达Ni界面参与耦合反应。在老化退火中,界面IMC层的厚度l随退火时间t延长而逐渐增大,其生长规律符合扩散控制机制的关系式:l=k(t/t_0)~n。在160℃和200℃退火时,(Ni,Au)_3Sn_2层的生长以晶界扩散和体积扩散为主。由于Cu原子的耦合作用,(Ni,Au,Cu)_3Sn_2层的生长以反应扩散为主。Cu-Ni异质界面焊点中,Cu的耦合作用抑制了Au Sn/Ni界面(Ni,Au,Cu)_3Sn_2IMC层的生长,减缓了焊点剪切强度的下降速度,有利于提高焊点的可靠性。     

超细氧化物颗粒对Sn\|58Bi钎料组织及性能影响

研究了分别添加1%Al2 O3 、Fe2 O3 、SiO2 、TiO2 超细粉末对Sn-58Bi共晶钎料的润湿性、钎焊接头微观组织及力学性能影响.结果表明,氧化物粉末的添加对钎料熔点影响不大,但钎料润湿性及钎焊接头剪切强度明显提高;明显细化钎焊接头基体组织及界面金属间化合物颗粒大小,并且界面金属间化合物层厚度也有一定减薄;另外,可抑制钎焊时焊点表面Bi的氧化,因此焊点表面光亮度也有明显提高.     

微量Nd对Sn-9Zn钎料特性及焊点组织与性能的影响

研究Sn-9Zn中添加微量稀土元素Nd对合金显微组织和铺展性能的影响,对比分析Sn-9Zn-xNd(x=0,0.1,0.5)钎料/Cu焊点界面微观特征及力学性能。结果表明:微量Nd元素在Sn-9Zn合金中能够显著细化组织,但添加量为0.5%时合金中形成了"十字状"NdSn3金属间化合物(IMC)。钎焊温度较低或时间较短时,微量Nd添加能够改善Sn-9Zn合金在Cu基板上的铺展性能;但是在温度较高或时间较长的钎焊工艺条件下,由于Nd元素的严重氧化导致钎料铺展性能明显下降。在Sn-9Zn中添加0.1%Nd,在界面处形成了均匀细密分布的"毛绒状"共晶组织,能够提高焊点结合性能;Nd添加量为0.5%时,成分偏聚引起的组织不均匀导致焊点力学性能下降。     

锡焊动态过程的研究

本文讨论了用润湿称量法取得铜丝,铁丝,铝丝在锡钎料中的润曲线。通过计算机拟合,取得了实测润湿力与时间的函数方程为f(t)=Ae~(B1)+C。经变换又得出Nernst溶解定律的相似方程C=K_2C_0(1-e~(B1))。润湿界面的金相组织与扫描电镜分析也同样证实在铜、铁、铝锡钎焊时,发生了扩散,溶解与界面化学反应过程。     

时效处理对Sn-Ag-Cu-Bi无铅钎料显微组织和力学性能的影响

主要研究了时效处理对Sn-3Ag-0.5Cu、Sn-3Ag-0.5Cu-1Bi、Sn-3Ag-0.5Cu-3Bi无铅钎料显微组织和力学性能的影响,并根据试验结果讨论了Bi元素的作用.试验结果表明Bi的加入提高了钎料的抗拉强度,但降低了其延伸率.通过在不同温度下时效处理,在含Bi的钎料中,Bi在Sn基体中析出,而含Bi的钎料表现出相对稳定的力学性能.这可归因于Bi的固溶强化与弥散强化作用的转化.     

Effect of indium addition on the microstructural formation and soldered interfaces of Sn-2.5Bi-1Zn-0.3Ag lead-free solder

The microstructural formation and properties of Sn-2.5Bi-xIn-1Zn-0.3Ag (in wt%) alloys and the evolution of soldered interfaces on a Cu substrate were investigated. Apart from the relatively low melting point (about 195℃), which is close to that of conventional eutectic Sn-Pb solder, the investigated solder presents superior wettability, solderability, and ductility. The refined equiaxial grains enhance the mechanical properties, and the embedded bulk intermetallic compounds (IMCs) (Cu₆Sn₅ and Cu₅Zn₈) and granular Bi particles improve the joint reliability. The addition of In reduces the solubility of Zn in the β-Sn matrix and strongly influences the separation and growth behaviors of the IMCs. The soldered interface of Sn-2.5Bi-xIn-1Zn-0.3Ag/Cu consists of Cu-Zn and Cu-Sn IMC layers.     

掺杂Sb对Sn-Ag-Cu焊料性能的影响

在Sn-3．0Ag-0．5Cu系焊料中分别掺杂不同比例的Sb（锑），制备了无铅焊料合金．用DSC差示扫描量热仪测试熔点，用扫描电子显微镜对其显微组织进行分析，并对其导电性，润湿性等进行测试．实验结果表明，一定比例掺杂的Sn-Ag-Cu-Sb焊料，比未掺杂时，熔点下降不明显，但其显微组织结构更细化，导电性、润湿性有明显提高．