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cu6sn5 Morphology Transition and Its Effect on Mechanical Properties of Eutectic sn-Ag Solder Joints

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Cu6Sn5 Morphology Transition and Its Effect on Mechanical Pr...

2016中国高端SMT学术会议

作者： MING YANG MINGYU LI LING WANG YONGGAO FU JONGMYUNG KIM LVQIAN WENG State Key Laboratory of Advanced Welding Production Technology Shenzhen Graduate School Harbin Institute of Technology China National Electric Apparatus Research Institute

The morphologies of cusn grains formed at the interface between sn-3.5Ag(wt.% unless otherwise specified) and cu substrates were studied in this work. Reflow experiments were performed for 60 s at peak temperatures of 513 K,533 K, 543 K, and 553 K. Two morphologies of interfacial cusn grains wereobserved in wetting reactions: prism type, above 543 K, and scallop type,below 533 K. During aging, the two morphologies gradually transitioned to layer type. These three morphologies could be transformed into each other as long as the corresponding condition changed. The morphology transition of cusn in the wetting reaction was explained by the change in Jackson’s parameter with temperature. In addition, the effect of the cu content in molten solder on interfacial cusn grains was examined. Significant differences in shear strength were observed for solder joints with different interfacial cusn morphologies in the case of a lower shear height. Joint strength is discussed in terms of the microstructure of the solder matrix and the morphology of interfacial cusn grains.

关键词： cu6sn5 morphology transition lead-free solder shear strength

来源： cnki会议评论

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cu6sn5纳米颗粒的制备与连接工艺探索

Cu6Sn5纳米颗粒的制备与连接工艺探索

作者：付星尧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

cu6sn5是常见的cu-sn金属间化合物,在cu与sn基钎料相互作用下,很容易在焊接界面处生形成cu6sn5,但是由于cu-sn之间相互扩散速度不同,会在cu-sn界面处产生柯肯达尔孔洞,从而导致焊点的性能下降。本文探索了常温常压下,利用化学反应的方... 详细信息

cu6sn5是常见的cu-sn金属间化合物,在cu与sn基钎料相互作用下,很容易在焊接界面处生形成cu6sn5,但是由于cu-sn之间相互扩散速度不同,会在cu-sn界面处产生柯肯达尔孔洞,从而导致焊点的性能下降。本文探索了常温常压下,利用化学反应的方法制备了纳米级别的单质cu和单质sn以及cu6sn5金属间化合物,并且初步探索了利用其作为连接材料实现cu-cu连接的工艺方法,并对焊点进行了力学性能、润湿性能、连接性能的测试,对焊缝中钎料组织形貌变化以及界面处IMC生成规律进行了研究。实验中采用液相氧化还原反应制备单质cu、单质sn、cu6sn5。氧化剂分别采用氧化剂为cu Cl2?2H2O和sn Cl2?2H2O,还原剂采用Na BH4,分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）。实验过程中,采用乙醇作为溶剂,并且采用溶液等体积混合的方式进行制备纳米粉末,实验中发现,0.020g/ml的cu Cl2?2H2O乙醇溶液,0.008g/ml的sn Cl2?2H2O乙醇溶液中一种或者两种,0.016g/ml的PVP乙醇溶液,以及含有过量的Na BH4悬浊液进行等体积混合时,能够制得纯净的cu单质、sn单质以及cu6sn5金属间化合物纳米颗粒。其中平均粒径分别为50.45nm,84.73nm,和47.46nm。对于改变反应参数时cu6sn5中杂质的变化,实验中,等比例改变了溶液的浓度和PVP溶液的浓度,发现实验参数的改变会给cu6sn5带来杂质,杂质通常为cu2O和sn O2,且杂质的变化随着溶液参数的变化而变化。随后在焊接过程中,研究了sn基掺杂cu6sn5纳米颗粒钎料的焊接性能、力学性能、组织形貌及界面处IMC生成等规律。混合钎料的润湿角随着温度的升高而降低,实验中润湿性能最好为400℃。力学性能分析发现,焊点的强度和塑性呈相同的趋势变化,都与保温时间和焊接温度呈正相关。随后的最值形貌发现,钎料在200℃在界面处没有形成冶金结合。焊接过程在250℃开始出现局部连接,并且焊缝成分均为cu6sn5,焊接的钎料-cu界面处出现了cu3sn,并且随着保温时间的增加有升高的趋势。

关键词：化学合成 cu6sn5 纳米颗粒焊接全IMC

cu/sn3.5Ag界面化合物cu6sn5形态演变规律研究

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Cu/Sn3.5Ag界面化合物Cu6Sn5形态演变规律研究

作者：张文禹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文针对cu/sn3.5Ag界面化合物cusn的形态随重熔温度、重熔时间、铜基板表面晶体取向、老化时间、老化温度的变化规律进行了研究。试验中对铜基板采用高温老化的手段改变了铜基板表面的晶体取向。借助光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和... 详细信息

本文针对cu/sn3.5Ag界面化合物cusn的形态随重熔温度、重熔时间、铜基板表面晶体取向、老化时间、老化温度的变化规律进行了研究。试验中对铜基板采用高温老化的手段改变了铜基板表面的晶体取向。借助光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等分析手段,分析了界面化合物的形貌及成分,研究了重熔温度与时间,老化温度与时间对界面化合物形态的影响,并对这些参数的作用机理进行了分析。采用改变重熔温度与时间对cu/sn3.5Ag界面化合物cusn进行的试验研究表明,界面化合物cusn在各个温度下均首先以扇贝状形态成长,之后随重熔时间的延长:在240oC的重熔温度下,在扇贝状晶粒表面长出小平面,但小平面不会明显伸长,而是随扇贝状部分共同长大;在260oC到280oC的重熔温度下,小平面明显伸长;在300oC的重熔温度下,扇贝状晶粒很快长成倒伏的棱柱状晶粒,随着时间的继续延长,底部的扇贝状部分明显长大,棱柱状部分的指向也由倒伏变为竖直方向。对cu/sn3.5Ag界面化合物的老化试验表明,随着老化的延长,界面化合物逐渐长成多面体状。在老化过程中,Ag3sn颗粒明显粗化。对界面化合物cusn生长的动力学分析表明:在重熔过程中,随着重熔温度的升高,化合物密排面的杰克逊因子值逐渐升高,对应的原子面的界面类型也由粗糙型界面转变为光滑型界面,因此导致界面化合物cusn的形态发生转变;在老化过程中,由于界面化合物与固态钎料的界面能的降低的趋势,导致化合物的形态由扇贝状或棱柱状向多面体形状转变。由于老化过程中化合物的生长主要依赖铜原子的扩散,导致化合物层向平面状转变。通过本文的研究,总结出了界面化合物cusn的形态演变规律,利用热动力学以及晶体学解释了其形态演变的原理以及机制。

关键词：金属间化合物 cu6sn5 杰克逊因子

锂离子电池三维多孔cu_6sn_5合金负极材料的制备及其性能

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物理化学学报 2007年第7期23卷 973-977页

作者：樊小勇庄全超江宏宏黄令董全峰孙世刚厦门大学化学化工学院化学系固体表面物理化学国家重点实验室福建厦门361005

以三维多孔泡沫铜为基底,通过直接电沉积的方法制备锂离子电池cu6sn5合金负极材料.发现合金表面大量的微孔和“小岛”不仅增大电极的表面积,而且显著缓解充放电过程中的体积变化.测得三维多孔cu6sn5合金的初始放电(嵌锂)容量为620mAh·g... 详细信息

以三维多孔泡沫铜为基底,通过直接电沉积的方法制备锂离子电池cu6sn5合金负极材料.发现合金表面大量的微孔和“小岛”不仅增大电极的表面积,而且显著缓解充放电过程中的体积变化.测得三维多孔cu6sn5合金的初始放电(嵌锂)容量为620mAh·g-1,充电(脱锂)容量为560mAh·g-1,库仑效率达到90.3%,具有较好的循环性能.扫描电子显微镜(SEM)结果显示,在泡沫铜基底上制备的cu6sn5合金电极具有比通常的铜片基底更好的结构稳定性,经过50周充放电循环后无明显的脱落现象.

关键词：泡沫铜电镀 cu6sn5 三维多孔结构

强磁场对sn-4cu合金凝固过程中cu_6sn_5相的影响

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机械工程材料 2008年第10期32卷 27-30页

作者：程从前赵杰杨朋大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116023

为了研究强磁场对sn-4cu合金凝固过程中cu6sn5相的影响,对有无强磁场情况下合金的凝固组织进行了对比,通过X射线衍射对晶粒取向进行了分析。结果表明:在磁场作用下的凝固过程中,cu6sn5晶体长度增加,有沿磁场方向排列取向的趋势;试样上... 详细信息

为了研究强磁场对sn-4cu合金凝固过程中cu6sn5相的影响,对有无强磁场情况下合金的凝固组织进行了对比,通过X射线衍射对晶粒取向进行了分析。结果表明:在磁场作用下的凝固过程中,cu6sn5晶体长度增加,有沿磁场方向排列取向的趋势;试样上、底部的cu6sn5相形貌存在很大的差异,铜元素的分布变化显著,反映了强磁场对热对流的抑制作用;强磁场对sn-4cu合金中各相的影响以及对cu6sn5晶体取向的影响比较小。

关键词： sn-4cu合金强磁场凝固 cu6sn5

sn基无铅钎料与cu基板间化合物cu_6sn_5的研究进展

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电子元件与材料 2012年第6期31卷 79-83页

作者：胡小武艾凡荣闫洪南昌大学机电工程学院江西南昌330031

主要介绍了sn基无铅钎料和cu基板在界面处反应生成的金属间化合物cu6sn5与焊接点可靠性的关系。综述了近年来cu6sn5的研究进展,内容包括:sn基无铅钎料在cu基板上形成的cu6sn5的生长形态、晶体取向、生长动力学以及纳米颗粒对界面cu6sn5... 详细信息

主要介绍了sn基无铅钎料和cu基板在界面处反应生成的金属间化合物cu6sn5与焊接点可靠性的关系。综述了近年来cu6sn5的研究进展,内容包括:sn基无铅钎料在cu基板上形成的cu6sn5的生长形态、晶体取向、生长动力学以及纳米颗粒对界面cu6sn5尺寸及形貌的影响。

关键词： sn基无铅钎料 cu6sn5 综述生长形态

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锂离子电池cu_6sn_5负极的研究进展

电池工业 2010年第6期15卷 381-384页

作者：李燕玲胡社军汝强华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510006

综述了锂离子电池cu6sn5合金的研究进展。介绍了锡铜合金体系作为锂离子电池负极的优势,并指出其循环性能对比石墨负极仍然不够理想。对此,还概述了目前国内外改进锡铜合金材料循环性能的方法,主要包括实现纳米化、薄膜化以及多孔结构。

关键词： cu6sn5 锂离子电池纳米结构薄膜结构多孔结构

Effect of transient current bonding on interfacial reaction in Ag-coated graphene sn-Ag-cu composite solder joints

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2021年第8期31卷 2454-2467页

作者： Yong-dian HAN Jia-hang YANG Lian-yong XU Hong-yang JING Lei ZHAO School of Materials Science and Engineering Tianjin UniversityTianjin 300350China Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology Tianjin 300350China

To address the problem of floating and aggregation of Ag-GNSs in the molten pool during the traditional reflow soldering process,cu/SAC/Ag-GNSs/cu sandwich joints were prepared under an applied current density(1.0×10^(4) A/cm^(2))for a few hundred milliseconds to produce Ag-coated graphene-reinforced sn-Ag-cu(SAC/AgGNSs)solder *** experimental results showed that Ag-GNSs were homogenously dispersed in the solder joints,providing more cu6 sn5 grain nucleation sites,which refined these grains and reduced the thickness difference at the anode and *** addition,the cu6 sn5 morphology changed from rod-like to plate-shaped because of the uniform distribution of Ag-GNSs and constitutional *** significantly increased shear strength of the transient current bonding and the change in the fracture mechanism were due to the uniformly distributed Ag-GNSs and the microstructural changes.

关键词： transient current bonding Ag-GNS cu6sn5 shear strength

电子封装中cu/sn/cu焊点组织演变及温度对IMC立体形貌影响

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焊接学报 2018年第9期39卷 49-54,131页

作者：梁晓波李晓延姚鹏李扬北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

通过电镀的方法在抛磨好的铜基体沉积4μm的锡层,并组合成一个cu/sn/cu结构.分别选择240℃、1 N作为钎焊温度和钎焊压力,在不同的钎焊时间下制备焊点,分析了cu/sn/cu焊点组织演变规律.分别制备了不同钎焊温度下(240,270,300℃)cu_6sn_5... 详细信息

通过电镀的方法在抛磨好的铜基体沉积4μm的锡层,并组合成一个cu/sn/cu结构.分别选择240℃、1 N作为钎焊温度和钎焊压力,在不同的钎焊时间下制备焊点,分析了cu/sn/cu焊点组织演变规律.分别制备了不同钎焊温度下(240,270,300℃)cu_6sn_5和cu_3sn的立体形貌,分析了温度对cu_6sn_5和cu_3sn立体形貌的影响规律.结果表明,钎焊30 min后cu_6sn_5为平面状,随着钎焊时间的增加逐渐转变成扇贝状.在扇贝底部的cu_3sn要比扇贝两侧底部的cu_3sn厚.增加钎焊时间锡不断被反应,上下两侧cu_6sn_5连成一个整体.继续增加钎焊时间cu_6sn_5不断转变成为cu_3sn.随着钎焊温度的升高cu_6sn_5的立体形貌逐渐由多面体状转变成匍匐状,而cu_3sn晶粒随着钎焊温度上升不断减小.

关键词： cu/sn/cu焊点 cu3sn cu6sn5 组织演变立体形貌