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热循环与晶界对铜锡镀层锡须生长影响的分子动力学模拟

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失效分析与预防 2024年第3期19卷 186-193页

作者：张龙段雪梅龙鑫尹立孟谢吉林重庆科技大学建筑工程学院重庆401331 重庆科技大学机械与动力工程学院重庆401331 南昌航空大学江西省航空构件成形与连接重点实验室南昌330063

随着微电子封装全面走向无铅化,且日益趋向极小化、便携化和多功能化,锡须生长严重威胁电子产品服役的可靠性和安全性。本文以铜锡双镀层的锡须生长过程为研究对象,创建有晶界和无晶界分子动力学模型,并在多物理场(热-力)耦合下进行热... 详细信息

随着微电子封装全面走向无铅化,且日益趋向极小化、便携化和多功能化,锡须生长严重威胁电子产品服役的可靠性和安全性。本文以铜锡双镀层的锡须生长过程为研究对象,创建有晶界和无晶界分子动力学模型,并在多物理场(热-力)耦合下进行热循环与晶界对锡须生长过程的模拟,探究外力、不同热循环次数(0、5、10次)和晶界等因素对锡须生长的影响及部分内部应力的变化规律。结果表明:在一定范围内,热循环次数增多会促进锡须生长,且在有晶界的模型中,锡须生长速率更大;锡须底部的内应力达到最大,形成应力梯度促进锡须生长;外加载荷会增大铜锡双镀层的内部应力,内部应力积累的时间也缩短1.5 ns左右,从而加快锡须生长速率。

关键词：锡须热循环晶界分子动力学

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第6期34卷 1922-1935页

作者：彭晨王善林吴鸣尹立孟陈玉华叶科江陈维政张体明谢吉林南昌航空大学江西省航空构件成形与连接重点实验室南昌330036 江西省智能产业技术创新研究院南昌330200 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点... 详细信息

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

关键词： Ag含量快速热冲击 Sn−Ag−Cu 焊点生长动力学断裂模式

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电子互连无铅钎料及焊点蠕变行为研究进展

稀有金属材料与工程 2023年第12期52卷 4307-4324页

作者：张亮韩永典尹立孟胡小武孙磊厦门理工学院材料科学与工程学院福建厦门361024 天津大学材料科学与工程学院天津300350 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331 南昌大学机电工程学院江南南昌330031 常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164

针对近年来无铅钎料及焊点的蠕变失效问题,综合评述了蠕变变形行为及其在焊点可靠性评估中的应用。首先系统地介绍无铅钎料的蠕变行为,探讨含合金元素/颗粒无铅钎料蠕变性能改性机制。其次评述焊点蠕变行为,探讨焊点成分以及不同基板材... 详细信息

针对近年来无铅钎料及焊点的蠕变失效问题,综合评述了蠕变变形行为及其在焊点可靠性评估中的应用。首先系统地介绍无铅钎料的蠕变行为,探讨含合金元素/颗粒无铅钎料蠕变性能改性机制。其次评述焊点蠕变行为,探讨焊点成分以及不同基板材料对焊点蠕变特性影响的研究进展。再次结合具体电子器件,采用有限元模拟,分析基于有限元的焊点蠕变响应及疲劳寿命预测,评估焊点可靠性。最后针对无铅钎料及焊点蠕变行为的未来发展进行展望,分析其研究中存在的问题及解决办法,为焊点可靠性进一步研究提供理论支撑。

关键词：无铅钎料焊点蠕变行为蠕变疲劳寿命可靠性

钛合金窄间隙激光填丝焊接工艺及接头组织性能分析

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材料导报 2023年第10期37卷 186-193页

作者：方乃文黄瑞生武鹏博尹立孟龙伟民徐锴曹浩邹吉鹏哈尔滨焊接研究院有限公司哈尔滨150028 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331 郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001

采用自主研发的Ti-Al-V-Mo系钛合金药芯焊丝为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接工艺实验,研究激光功率、摆动参数、焊接速度和送丝速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律,借助高速摄像系统研究焊接过程羽辉及等离子体特性,并... 详细信息

采用自主研发的Ti-Al-V-Mo系钛合金药芯焊丝为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接工艺实验,研究激光功率、摆动参数、焊接速度和送丝速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律,借助高速摄像系统研究焊接过程羽辉及等离子体特性,并对获得的焊接接头组织性能进行分析。研究结果表明:采用激光功率4.0 kW、圆形摆动模式、摆动频率100 Hz、摆幅2 mm、焊接速度0.42 m/min、送丝速度0.6 m/min的工艺参数组合下得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷,当焊丝末端与液态熔池接触距离为0 mm时,过渡方式为液桥过渡,可以实现焊丝熔化金属向熔池的稳定、有序过渡,该焊接工艺获得的20 mm厚TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接头组织性能良好。

关键词： TC4钛合金激光填丝焊工艺参数焊接接头

无铅微互连焊点力学行为尺寸效应的试验及数值模拟

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机械工程学报 2010年第2期46卷 55-60页

作者：尹立孟张新平华南理工大学材料科学与工程学院广州510640

采用高精度微拉伸试验和有限元数值模拟方法研究不同微尺度的Sn-Ag-Cu无铅钎料模拟互连焊点力学行为和性能演变的尺寸效应。结果表明,当焊点高度恒定(225μm)而焊点直径逐渐减小(475～200μm)时,拉伸断裂强度显著提高且远高于体钎料的... 详细信息

采用高精度微拉伸试验和有限元数值模拟方法研究不同微尺度的Sn-Ag-Cu无铅钎料模拟互连焊点力学行为和性能演变的尺寸效应。结果表明,当焊点高度恒定(225μm)而焊点直径逐渐减小(475～200μm)时,拉伸断裂强度显著提高且远高于体钎料的抗拉强度,断裂应变也逐渐增加;焊点的断裂位置及模式由较大直径时的界面低延性断裂转变为小直径时焊点中间部位的大变形颈缩断裂。模拟结果表明,由于焊点内力学拘束水平的不同,小直径焊点的界面应力较低且最大应力分布在焊点中间部分,易导致断裂发生在焊点中部,接头强度应较高;而大直径焊点中最大应力处于焊点界面,易导致界面金属间化合物层在较低外加应力下起裂,焊点断裂强度应较低。

关键词：无铅钎料微互连焊点力学性能尺寸效应有限元模拟

电迁移致无铅钎料微互连焊点的脆性蠕变断裂行为

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电子学报 2009年第2期37卷 253-257页

作者：尹立孟张新平华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640

研究了电迁移条件下不同电流密度（0.8-1.27×10^4A/cm^2）和通电时间（0-96 h）对无铅钎料模拟微互连焊点的蠕变断裂行为的影响.研究结果发现,电迁移作用加速了焊点的蠕变断裂过程,随着电迁移通电时间的延长及电流密度的增加,其蠕变应... 详细信息

研究了电迁移条件下不同电流密度（0.8-1.27×10^4A/cm^2）和通电时间（0-96 h）对无铅钎料模拟微互连焊点的蠕变断裂行为的影响.研究结果发现,电迁移作用加速了焊点的蠕变断裂过程,随着电迁移通电时间的延长及电流密度的增加,其蠕变应变速率显著增大,而蠕变寿命逐渐缩短;电迁移还导致焊点蠕变断裂机制发生明显变化,在高电流密度或长时间通电的电迁移后,微互连焊点在服役条件下会发生由延性断裂向脆性断裂的转变.

关键词：电迁移无铅钎料焊点蠕变断裂

填充金属对TC4钛合金激光填丝焊接头组织性能影响

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稀有金属材料与工程 2023年第5期52卷 1725-1736页

作者：方乃文黄瑞生龙伟民徐锴李伟武鹏博尹立孟曹浩马一鸣邹吉鹏哈尔滨焊接研究院有限公司黑龙江哈尔滨150028 郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室河南郑州450001 北京金威焊材有限公司天津301906 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331

分别采用TC3实心焊丝和Ti-Al-V-Mo系药芯焊丝作为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊,并对获得的焊接接头组织性能进行分析研究。结果表明,两组焊接接头各区域的微观尺度区别较明显,激光填药芯焊丝焊接接头中的焊缝区与粗晶区中... 详细信息

分别采用TC3实心焊丝和Ti-Al-V-Mo系药芯焊丝作为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊,并对获得的焊接接头组织性能进行分析研究。结果表明,两组焊接接头各区域的微观尺度区别较明显,激光填药芯焊丝焊接接头中的焊缝区与粗晶区中的α’马氏体长度较小,并且焊缝区中原始β相晶界宽度也较窄;激光填实心焊丝焊缝中α’马氏体板条约为0.55μm,板条α’马氏体之间穿插着少量残留β相,在α’马氏体内部发现位错,并形成少量的位错塞积;激光填药芯焊丝焊缝中的针状α’马氏体宽度约为0.35μm,板条α’马氏体之间同样穿插着少量残留β相,针状α’马氏体内含有少量的细孪晶和大量的位错塞积形成的位错墙,同时在相界位置也发现更加密集的位错,残留β相含量也要略多;激光填实心焊丝焊接接头焊缝区中晶粒间的取向差大于10°的大角度晶界占比约79.25%,药芯焊丝约为96.27%;激光填药芯焊丝焊接接头的焊缝区及热影响区硬度平均值及拉伸性能数值均大于激光填实心焊丝的焊接接头。

关键词：填充金属钛合金激光填丝焊组织性能

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钛合金激光填丝焊缝晶粒生长及相变原位观察

中国有色金属学报 2022年第6期32卷 1665-1672页

作者：方乃文郭二军徐锴尹立孟黄瑞生马一鸣武鹏博哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150022 哈尔滨焊接研究院有限公司哈尔滨150028 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331

采用高温激光共聚焦显微镜原位观察方法,研究TC4钛合金激光填药芯焊丝焊缝区在模拟焊接热循环作用下冷却过程中组织形成特征及相变规律。结果表明:当焊缝区分别以0.5℃/s、5℃/s、20℃/s和80℃/s的冷却速率降温到889.5℃、864.2℃、835.... 详细信息

采用高温激光共聚焦显微镜原位观察方法,研究TC4钛合金激光填药芯焊丝焊缝区在模拟焊接热循环作用下冷却过程中组织形成特征及相变规律。结果表明:当焊缝区分别以0.5℃/s、5℃/s、20℃/s和80℃/s的冷却速率降温到889.5℃、864.2℃、835.5℃和818.9℃时,在相界位置开始出现新相的微观组织形貌;当焊缝区分别降温到725.7℃、749.3℃、769.4℃和789.2℃时,新相完成转变,即相变的温度区间随着冷却速率的增大而逐渐变窄。随着冷却速率的增加,新相的片层间距逐渐减小;随着冷却速率的增大,冷却到室温的试样硬度逐渐增大,由339 HV10增大到368 HV10;试样全部由密排六方(HCP)晶体结构组成,没有斜方晶格和体心立方的晶体结构产生。

关键词： TC4钛合金激光填丝焊药芯焊丝相变原位观察

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电子封装微互连中的电迁移

电子学报 2008年第8期36卷 1610-1614页

作者：尹立孟张新平华南理工大学机械工程学院广东广州510640

随着电子产品不断向微型化和多功能化发展,电子封装微互连中的电迁移问题日益突出,已成为影响产品可靠性和耐久性的重要因素.本文在回顾铝、铜及其合金互连引线中电迁移问题的基础上,对目前微电子封装领域广泛采用的倒装芯片互连焊点结... 详细信息

随着电子产品不断向微型化和多功能化发展,电子封装微互连中的电迁移问题日益突出,已成为影响产品可靠性和耐久性的重要因素.本文在回顾铝、铜及其合金互连引线中电迁移问题的基础上,对目前微电子封装领域广泛采用的倒装芯片互连焊点结构中电迁移问题的几个方面进行了阐述和评价,其中包括电流拥挤效应、焦耳热效应、极化效应、金属间化合物、多种负载交替或耦合作用下的电迁移以及电迁移寿命预测等.

关键词：电子封装微互连焊点可靠性电迁移