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Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒对SAC3005/Cu焊点形貌和性能的影响

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电子元件与材料 2024年第1期43卷 121-126页

作者：王彪赵建华刘一澎杨杰严继康西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500

研究了添加Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒对SAC3005焊料焊点金属间化合物的形貌和性能的影响。采用湿化学法制备Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒,将Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒添加到SAC3005焊料中,经回流焊后,制备SAC3005-xCu_(6)Sn_(5)(x=0%,0.12%,0.18%,质量分数)复合焊点。采用金相显微镜对焊点的横断面进行观察,对焊点的横断面金属间化合物(IMCs)进行测量。采用ANSYS有限元软件对界面IMCs模型进行模拟,分析印刷电路板(PCB板)焊点失效机理。结果表明:添加Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒改性SAC3005/Cu焊点后的IMCs层厚度变薄。Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒的加入抑制了回流焊接过程中IMCs的生长,提高了焊点的可靠性。Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒的添加阻碍了Sn原子和Cu原子在界面处的扩散,抑制了Cu_(6)Sn_(5)IMCs的生长。添加质量分数为0.12%的Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒时抑制效果最好。焊点界面Cu_(6)Sn_(5)层和Cu_(3)Sn层是应力应变集中的地方,焊点交界处为焊点服役过程中的薄弱环节。

关键词： Cu_(6)Sn_(5)纳米颗粒 SAC3005焊料金属间化合物可靠性

Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料金属间化合物形貌和厚度的影响

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有色金属工程 2024年第6期14卷 26-36页

作者：李秀严继康王彪胥佳怡荣林李艾珂杨皓明西南石油大学新能源与材料学院成都610500

选用氧化还原法制备Ag_(3)Sn纳米颗粒,以不同质量比(0、0.1%、0.15%、0.2%)添加到SAC305焊料中来探讨Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料显微组织、润湿性和可靠性的影响。采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备的Ag_(3)Sn纳米颗粒进行物相分析... 详细信息

选用氧化还原法制备Ag_(3)Sn纳米颗粒,以不同质量比(0、0.1%、0.15%、0.2%)添加到SAC305焊料中来探讨Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料显微组织、润湿性和可靠性的影响。采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备的Ag_(3)Sn纳米颗粒进行物相分析和形貌观察,采用金相显微镜观察焊点的显微组织。将焊点在150℃高温时效不同时间后(0、50、100、150、200 h),采用金相显微镜对焊点界面进行观察,并采用Image J软件计算界面金属间化合物(IMC)层的厚度,得到生长系数。结果表明,向SAC305焊料中添加适量的Ag_(3)Sn纳米颗粒可以提高焊料的润湿性;Ag_(3)Sn纳米颗粒可以有效细化SAC305焊料的微观组织并抑制IMC层生长;随着时效时间的延长,Cu6Sn5金属间化合物层由扇贝状向平面状转变,同时出现Cu3Sn金属间化合物层。向SAC305焊料中添加0.15 wt.%的Ag_(3)Sn纳米颗粒可获得最佳综合性能,润湿性最好(铺展面积为167.447 mm2),生长系数最小(0.04),组织细化也较为明显。

关键词： Ag_(3)Sn纳米颗粒可靠性润湿性生长系数

高银系Sn-Ag-Cu/Cu界面金属间化合物生长行为

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焊接 2024年第8期 38-46页

作者：张欣秦俊虎龙登成梁东成严继康云南锡业锡材有限公司昆明理工大学西南石油大学

【目的】为研究高银系（Ag质量分数大于3.0%）Sn-Ag-Cu在固相时效过程中的界面反应和生长动力学。【方法】高温条件下不同银含量对界面结构和界面生长的影响，为了确定焊点的长期可靠性，在150℃下进行了0 h,100 h,300 h,500 h的热加速... 详细信息

【目的】为研究高银系（Ag质量分数大于3.0%）Sn-Ag-Cu在固相时效过程中的界面反应和生长动力学。【方法】高温条件下不同银含量对界面结构和界面生长的影响，为了确定焊点的长期可靠性，在150℃下进行了0 h,100 h,300 h,500 h的热加速老化试验。用SEM与EDS进行了IMC表面形貌、厚度和元素组成。【结果】研究结果表明，随着银含量的增加，Cu6Sn5的生长受到不同程度抑制。在等温时效过程中，金属间化合物（IMC,Cu6Sn5+Cu3Sn）的生长动力学是一个扩散控制过程，Cu6Sn5逐渐生长为Cu3Sn；在后期的老化阶段，扇贝状的形状消失，表明生长机制发生了变化，变化为向垂直于界面方向的稳定生长；通过有限元技术，得出在服役过程中，热应力主要集中于Cu3Sn与Cu基板交界处；随着时效时间的增加，焊点等效蠕变应变上升，可靠性逐渐降低；利用阿仑尼乌斯公式计算了金属间化合物IMC（Cu6Sn5+Cu3Sn）在界面Sn-3.0Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.4Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu的表观活化能分别为67.13 kJ/mol,70.50 kJ/mol,69.54 kJ/mol。【结论】根据试验与数值模拟计算相结合的研究手段，得到Sn-3.4Ag-0.7Cu款无铅焊料在高温服役过程中比其他焊料更能满足电子元件的要求。

关键词：锡银铜焊料界面生长等温时效 IMC厚度

Er含量对ZL201A铝合金组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第7期52卷 2326-2334页

作者：方文倩沈见冉严继康冷崇燕甘国友昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 西南石油大学工程学院四川南充637001

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪分析和力学测试,研究了添加Er对ZL201A铝合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Er的加入使α-Al基体从柱状晶粒转化为细小的等轴晶粒,同时θ相(Al_(2)Cu)从细小的网络结构... 详细信息

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪分析和力学测试,研究了添加Er对ZL201A铝合金的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Er的加入使α-Al基体从柱状晶粒转化为细小的等轴晶粒,同时θ相(Al_(2)Cu)从细小的网络结构转变为弥散细小颗粒结构。当Er含量达到0.4%(质量分数)时,晶粒细化效应达到最大,合金的力学性能最佳;α-Al的平均晶粒尺寸为19μm;抗拉伸强度和伸长率分别为298.14 MPa和6.56%;断裂模式从脆性断裂转变为韧性-脆性断裂,有利于铝合金的实际应用。当Er含量超过0.4%(质量分数)时,合金的晶粒尺寸增大,力学性能下降。

关键词： ZL201A Er元素晶粒细化 θ相变质力学性能

粉末冶金法制备Al_(x)CuFeNiCoCr高熵合金及其性能

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稀有金属材料与工程 2022年第2期51卷 392-399页

作者：江佳阳杜景红严继康张家敏甘国友昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

采用粉末冶金法制备了Al_(x)CuFeNiCoCr高熵合金。研究了铝含量对合金性能和组织的影响,并讨论了合金制备过程中晶粒性能的变化。结果表明,在球磨过程中合金晶粒细化,且合金晶粒尺寸随Al含量的增加而增大。在烧结过程中,合金中会产生新... 详细信息

采用粉末冶金法制备了Al_(x)CuFeNiCoCr高熵合金。研究了铝含量对合金性能和组织的影响,并讨论了合金制备过程中晶粒性能的变化。结果表明,在球磨过程中合金晶粒细化,且合金晶粒尺寸随Al含量的增加而增大。在烧结过程中,合金中会产生新的晶粒,并首先吸收一定热量形成含Al的金属间化合物。在1200℃加热2 h后,获得具有简单晶体结构的相,证实了高熵合金的形成。根据获得的能谱,合金组成均匀,合金化程度高。然而,随着Al含量的增加,出现了少量具有高Al含量的高对比度区域。合金具有良好的高温抗氧化性能和抗电化学腐蚀性能。随着铝含量的增加,合金的高温抗氧化性能提高。当Al含量为1mol%时,自腐蚀电压为-235 mV。随着Al含量的增加,硬度也增加。结果表明,当Al含量为1mol%时,合金具有最佳综合性能。

关键词：高熵合金粉末冶金电化学

微量元素Ce对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层异常生长的影响

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稀有金属 2022年第2期46卷 169-176页

作者：顾鑫白海龙朱堂葵刘宝权严继康易健宏昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 云南锡业锡材有限公司云南昆明650217 义乌工商职业技术学院机电信息学院浙江义乌322000

研究了Ce元素对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层组织异常生长的抑制机制。在铜基底上制备了Sn20Bi0.7Cu1.0Ag-x Ce(x=0.01~0.20;%,质量分数)/Cu焊点。采用扫描电镜、金相显微镜观察了焊点界面的相组织结构、界面金属间化合物(IMC)层形貌,并... 详细信息

研究了Ce元素对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层组织异常生长的抑制机制。在铜基底上制备了Sn20Bi0.7Cu1.0Ag-x Ce(x=0.01~0.20;%,质量分数)/Cu焊点。采用扫描电镜、金相显微镜观察了焊点界面的相组织结构、界面金属间化合物(IMC)层形貌,并测量了IMC层厚度。通过实验数据计算了IMC层的生长动力学参数。研究结果表明:随着IMC颗粒异常长大,周围β-Sn相开始析出Bi相,继而IMC颗粒周围Bi相富集并长大,最终IMC颗粒穿晶断裂。当Ce含量为0~0.05%时,焊点界面IMC层厚度随Ce含量增加逐渐降低,当Ce含量为0.05%~0.10%时,焊点界面IMC层厚度随Ce含量增加逐渐增加;Ce含量为0.05%时对界面IMC层生长的抑制效果最好,界面IMC层表面最平滑,界面IMC层的反应常数、扩散系数最小和临界厚度最薄,分别为1.75×10^(-11)m·s^(-1),1.52×10^(-16)m^(2)·s^(-1)和7.55μm。添加微量稀土元素Ce可以阻碍焊点界面IMC层的形成并抑制其异常长大,从而间接抑制焊点界面处Bi相的偏析与降低IMC层微裂纹的出现倾向,并改善焊点界面层形貌,使其表面变得更平滑。

关键词： Ce 金属间化合物计算可靠性

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不同长径比纳米银线合成机理及变形机理

稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 6-14页

作者：赵梅莉甘国友冷崇燕徐凤仙袁鹏白海龙吕金梅严继康昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 云南锡业集团(控股)有限责任公司研发中心云南昆明650000 云南锡业锡材有限公司云南昆明650501 西南石油大学工程学院四川南充637001

采用液相还原法,通过调节聚乙烯吡咯烷酮(PVP)摩尔浓度制备不同长径比的纳米银线。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见光分光光度计、同步热分析仪及透射电子显微镜对纳米银线的物相组成、微观形貌、光吸收性能、热分解、晶体... 详细信息

采用液相还原法,通过调节聚乙烯吡咯烷酮(PVP)摩尔浓度制备不同长径比的纳米银线。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见光分光光度计、同步热分析仪及透射电子显微镜对纳米银线的物相组成、微观形貌、光吸收性能、热分解、晶体结构进行表征,并使用分子动力学模拟单晶纳米银线的拉伸和熔化过程。结果表明:纳米银线主要由面心立方银构成。PVP与AgNO_(3)的摩尔比由1.5变为7.5,纳米银线直径先减小后增加;当摩尔比为6.0时,纳米银线直径最小,为77.7 nm。纳米银线直径由106.1 nm减小为77.7 nm,熔化温度随之减小,最低为281.2℃。单晶纳米银线长径比由6变为72时,屈服强度逐渐由0.63 GPa提升至0.83 GPa。单晶纳米银线熔化温度随长径比增加而减小,由690 K变为657 K。PVP与AgNO_(3)的摩尔比为6.0是合成银线的最佳条件,长径比大的纳米银线具有良好的抵抗变形的能力。

关键词：液相还原法纳米银线生长机理分子动力学长径比

Ag含量对Sn-20Bi-0.7Cu焊料中金属间化合物形成与生长的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第2期52卷 502-507页

作者：陈东东秦俊虎甘有为张欣白海龙赵玲彦易健宏严继康昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 云南锡业锡材有限公司云南昆明650217 云南锡业集团(控股)有限责任公司研发中心云南昆明650000 西南石油大学工程学院四川南充637001

研究了Sn-20Bi-0.7Cu-xAg焊料凝固和时效过程中的物相生长动力学。通过实验和数值分析相结合分析了Ag含量和时效条件对界面结构和生长的影响,实验中对Sn-20Bi-0.7Cu分别添加了质量分数0.1%、0.4%、0.7%、1.0%、1.5%的Ag。为验证焊接接... 详细信息

研究了Sn-20Bi-0.7Cu-xAg焊料凝固和时效过程中的物相生长动力学。通过实验和数值分析相结合分析了Ag含量和时效条件对界面结构和生长的影响,实验中对Sn-20Bi-0.7Cu分别添加了质量分数0.1%、0.4%、0.7%、1.0%、1.5%的Ag。为验证焊接接头的服役可靠性,在85℃和85%的湿度条件下,将接头放置0、10、30、50、100、200和500 h。采用扫描电镜等设备分析时效过程中界面化合物的形貌、厚度和分布,分析了β-Sn的形核界面和取向。结果表明,焊料中Ag含量的增加可以抑制界面Cu_(6)Sn_(5)层的生长,等温时效期间金属间化合物(Cu_(6)Sn_(5)+Cu_(3)Sn)的生长为扩散控制机制。焊接时形成的扇贝状表面在时效时消失,这表明在垂直于界面方向上的生长机制变为稳定性增长,说明Ag3Sn有效降低了Cu_(6)Sn_(5)的生长动力。

关键词： Sn-20Bi-0.7Cu 金属间化合物凝固界面结构生长动力学

添加Yb和Zr对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第10期51卷 3580-3587页

作者：吉全鑫杜景红张艺杰李玉章冯炜光孙彦华严继康甘国友昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 昆明冶金研究院有限公司云南昆明650031 西南石油大学工程学院四川南充637001

研究了添加Yb和Zr元素对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响,以及细化变质机理。结果表明,Yb、Zr元素的添加明显细化了α-Al基体,使其从粗大的树枝状晶转变为细小的花瓣状晶,晶粒尺寸明显减小,并且使共晶硅由粗大的针状变质为短棒状,... 详细信息

研究了添加Yb和Zr元素对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响,以及细化变质机理。结果表明,Yb、Zr元素的添加明显细化了α-Al基体,使其从粗大的树枝状晶转变为细小的花瓣状晶,晶粒尺寸明显减小,并且使共晶硅由粗大的针状变质为短棒状,这是由于Yb、Zr吸附在孪晶凹槽处(TPRE)改变共晶硅生长方式,最终改变共晶硅形貌;经热处理(T6)后,大量析出的Al_(3)(Yb,Zr)粒子起到了沉淀强化进而细化晶粒的作用。当Yb质量分数为0.3%、Zr质量分数为0.25%时,合金(T6)的抗拉强度和延伸率为296.3 MPa和9.2%,较未细化变质的合金分别提高了17%和1.1倍。

关键词： Al7Si0.3Mg Yb Zr 微观组织力学性能细化变质机理