跌落碰撞下球栅阵列无铅焊点失效分析

为探究板级跌落碰撞下球栅阵列(BGA)无铅焊点的失效机制,分别进行了3种不同高度下BGA无铅焊点跌落试验和染色试验,分析无铅焊点在跌落碰撞下的失效机制,并与前人结果加以对比.结果表明,在跌落碰撞下,无铅焊点的失效机制为靠近封装一侧的金属间化合物(IMC)界面脆性断裂,BGA无铅焊点失效的根本原因是机械冲击和电路板(PCB)的往复弯曲.     

基于KSII试验的焊点失效模拟研究

基于8-Hex实体单元束焊点模型,对部件试验中焊点的失效进行模拟.设计了一种KSII点焊试样试验装置,利用该装置分别进行KSII0°和KSII90°试验,确定焊点的失效剪切力和失效轴向力;对比分析了KSII0°试验和点焊搭接试验(Lap-shear)在测量焊点拉剪强度方面的差异;以KSII0°仿真和实验为基础,确定焊点材料属性中的弹性模量和切线模量.基于KSII试验确定的焊点失效模型,进行前纵梁的压溃实验及其仿真.结果表明,基于KSII试验的焊点失效模型有较高的模拟精度.     

无铅BGA封装可靠性的跌落试验及焊接界面微区分析

通过进行BGA封装的可靠性力学试验(高加速度跌落试验),研究了机械冲击和应力对无铅BGA封装焊点的可靠性的影响,并通过对失效BGA封装焊点的微观结构和成分的SEM/EDX分析,寻找影响焊点可靠性的主要因素,研究结果表明,焊点的失效模式较为复杂,而在多数情况下,焊点的疲劳失效与焊接界面处的金属间化合物IMC层断裂有关,并对无铅焊料IMC的性质也作了研究.     

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.     

QT500表面化学镀镍磷层对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响

在金属基体表面制备陶瓷涂层作为高温保护热障涂层(TBCs)可获得很好的效果,但会出现因基体金属的过度氧化而造成涂层失效的现象.在QT500基体上采用化学镀方法制备Ni-P合金镀层,并在有镀层与无镀层基体上依次采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备Ni Co Cr Al Y黏结层和等离子喷涂(APS)制备Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)陶瓷层.采用热循环方法评定不同结构热障涂层的抗热震性能,并探讨其热震失效机理.结果表明:镍磷(Ni-P)镀层可显著提高热障涂层的抗热震性能;无Ni-P镀层试样热震失效形式为大面积整体剥落,含Ni-P镀层高温涂层热震失效形式为边角局部剥落;Ni-P镀层抑制了基体金属与黏结层之间元素的互扩散行为.     

冲裁过程中镀层金属的流动规律

IT制件冲裁断面的氧化会降低接触面的导电性,并最终导致零件的功能失效.文中建立了平面应变刚塑性有限元分析模型,对冲裁过程中镀层金属的变形和流动情况进行了数值模拟;提出冲裁后断面镀层金属分布的估算方法,并以常用的锡镀层锡磷青铜带为例,进行了实验验证.研究结果表明:冲裁过程中,镀层金属主要流入到冲裁断面的圆角带和光亮带上;采用基于数值模拟的断面镀层金属含量估算方法获得的断面光亮带上镀层金属含量和试验结果一致.文中提出的方法可以用来在模具设计阶段评估不同冲裁工艺参数下冲裁断面的镀层金属含量,从而优选出断面镀层金属含量高的方案,达到提高断面抗氧化能力的目的.     

镀层金属在冲裁变形过程中流动规律的研究

IT制件冲裁断面的氧化现象会降低接触面的导电性,并最终导致零件的功能失效.本文建立了平面应变刚塑性有限元分析模型,对冲裁变形过程中镀层金属的变形和流动情况进行了数值模拟;提出冲裁后断面镀层金属分布的估算方法,并以常用的锡镀层锡磷青铜带为例,进行了实验验证.研究结果表明:冲裁变形过程中,镀层金属主要流入到冲裁断面的圆角带和光亮带上;采用基于数值模拟的断面镀层金属含量估算方法获得的断面光亮带上镀层金属含量和试验结果一致.本文所提出的方法可以用来在模具设计阶段评估不同冲裁工艺参数下冲裁断面的镀层金属含量,从而优选出断面镀层金属含量高的方案,从而达到提高断面抗氧化能力的目的.     

62Sn-36Pb-2Ag焊点组织及热疲劳裂纹的萌生与扩展

研究了表面封装电路中 ６２Ｓｎ－３６Ｐｈ－２Ａｇ焊点的微观组成及－５５～１２５℃热疲劳过程中裂纹的萌生与扩展情况，初步探讨了微观组织变化与焊点热疲劳失效的关系。结果表明：焊点组成主要为先共晶β－Ｓｎ， α－Ｐｂ＋β－Ｓｎ共晶，ＡｕＳｎ４及Ａｇ３Ｓｎ金属间化合物。热疲劳过程中，焊点显微组织发生不均匀粗化，疲劳裂纹萌生于不均匀粗化区的 ＡｕＳｎ４金属间化合物与基体组织的界面或 α－Ｐｂ与 β－Ｓｎ的相界，并沿富Ｓｎ的β相晶界扩展。     

无电镀镍浸金处理电路板在 NaHSO3溶液中的腐蚀电化学行为与失效机制

采用交流阻抗谱研究了无电镀镍浸金处理电路板在模拟电解质溶液(0.1 mol·L-1 NaHSO3)中的电化学腐蚀行为,并结合体视学显微镜、扫描电镜、X射线能谱分析等手段分析了试样表面腐蚀产物形貌、组成和镀层失效机制.无电镀镍浸金处理电路板在NaHSO3溶液中的耐蚀性较差,浸泡12 h试样表面局部即发生变色,伴随有微裂纹的产生.电解液能够通过裂纹直接侵蚀Cu基底,并在微裂纹周围生成较多的枝晶状结晶产物,其主要组分为Cu2 S.该结晶腐蚀产物的不断生成使局部区域中间Ni过渡层与Cu基底结合部位存在较大的横向剪切应力,最终造成Ni镀层的脱离与鼓泡现象.     

新型SL3-1双翻斗型雨量传感器口径圈过早腐蚀的失效分析(英文)

对一种新型双翻斗型雨量传感器用口径圈过早发生腐蚀失效进行了全面、系统的分析.为找出其失效起因和失效机理,一系列表征分析手段用于该口径圈的材质检验及宏微观表面形貌分析.结果表明:材质本身存在的缺陷以及因加工引起的表面镀层不均匀是引发该新型口径圈过早腐蚀失效的主要原因.最后,针对上述结论对该失效提出了相应的解决建议.     

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.     

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.     

Abnormal growth of Ag3Sn intermetalUc compounds in Sn-Ag lead-free solder

The abnormal growth of Ag3Sn intermetallic compounds in eutectic Sn-3.5% Ag solder was investigated through high-temperature aging treatment. Microstructural evolutions of this solder before and after the aging treatment were observed by optical microscopy and scanning electron microscopy. Precise differential thermal analysis was made to study the changes in enthalpies of the solder under different conditions. The results reveal that the water-cooled solder is in metastable thermodynamic state due to the high free energy of Ag3Sn nanoparticles, which sporadically distribute in the matrix as second-phase. The second-phase Ag3Sn nanoparticles aggregate rapidly and grow to form bulk intermetallic compounds due to the migration of grain boundary between primary Sn-rich phase and the Ag3Sn nanoparticles during high temperature aging treatment.     

Effects of nano-sized Ag reinforcing particulates on the microstructure of Sn-0.7Cu solder joints

Composite solders were prepared by mechanically dispersing different volumes of nano-sized Ag particles into the Sn-0.7Cu eutectic solder. The effects of Ag particle addition on the microstructure of Sn-0.7Cu solder joints were investigated. Besides, the effects of isothermal aging on the microstructural evolution in the interfacial intermetallic compound (IMC) layer of the Sn-0.7Cu solder and the composite solder reinforced with 1vol% Ag particles were analyzed, respectively. Experimental results indicate that the growth rate of the interfacial IMC layer in the Ag particles reinforced composite solder joint is much lower than that in the Sn-0.7Cu solder joint during isothermal aging. The Ag particles reinforced composite solder joint exhibits much lower layer-growth coefficient for the growth of the IMC layer than the corresponding solder joint.     

ZnO whiskers growth on the surface of Sn9 Zn/Cu solder joints in concentrator silicon solar cells solder layer

ZnO whiskers observation on the surface of SnZn/Cu solder joints in concentrator silicon solar cells solder layer is reported.In the experiment, SnZn/Cu samples are left in laboratory after reflow soldering for two years before an examination by SEM, then ZnO whiskers can be observed obvious-ly, which grows out from the rich-Zn phase of the samples and causes electrical short circuit in the electronics appliances, which demonstrates that the SnZn solder shows a risk for the short circuiting failure of an electronic device.Moreover, the growth mechanism of ZnO whiskers is researched based on cracked oxide theory, which provides the reference support for SnZn solders application.     

盐雾对喷锡和化金印制电路板腐蚀行为的影响

采用交流阻抗谱研究热风整平无铅喷锡处理印制电路板( PCB-HASL)和无电镀镍金电路板( PCB-ENIG)在盐雾环境下的电化学腐蚀行为,并结合体式学显微镜、扫描电镜、X射线能谱等手段分析两种不同表面处理工艺电路板的腐蚀产物形貌、组成和镀层失效机制. 结果表明:盐雾环境下,PCB-HASL和PCB-ENIG均发生严重腐蚀;镀Sn层开始发生局部腐蚀,随后几乎整个表面都发生腐蚀,出现类似均匀腐蚀的现象,镀金板主要发生微孔腐蚀. 在PCB-HASL腐蚀过程中,Cl-的侵蚀作用促进Sn层的腐蚀,后来由于逐渐形成大量的覆盖在镀层表面的腐蚀产物,使得腐蚀速率降低;而在PCB-ENIG腐蚀过程中,微孔处形成含Cl-电解质薄液层,Ni与Au构成腐蚀电偶,从而加速Ni的腐蚀,最终使Cu基底裸露,造成电路板失效.     

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。     

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．     

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.