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特种铸造及有色合金 2019年第11期39卷 1273-1276页

作者：韦静敏卫国强康云庆刘磊华南理工大学机械与汽车工程学院

研究了高度为10μm的Cu/sn-58bi/Cu微焊点在加载2 000℃/cm温度梯度以及125℃时效不同时间后的显微组织。结果表明,随着热迁移时间延长,bi先粗化,然后向冷端偏聚,800h时焊点冷端形成几乎连续的bi层,同时焊点界面金属间化合物(IMCs)呈对... 详细信息

研究了高度为10μm的Cu/sn-58bi/Cu微焊点在加载2 000℃/cm温度梯度以及125℃时效不同时间后的显微组织。结果表明,随着热迁移时间延长,bi先粗化,然后向冷端偏聚,800h时焊点冷端形成几乎连续的bi层,同时焊点界面金属间化合物(IMCs)呈对称生长,并且生长速率较慢。在时效条件下,焊点两端的界面IMCs向焊点中心快速生长,逐渐在焊点中心形成均匀且连续的bi带,200h时sn被消耗完毕。随着时效时间进一步延长,IMCs中Cu6sn5逐渐转变为Cu3sn。此外,热迁移条件下,焊点中的bi可以抑制界面IMCs的不对称生长,并且降低界面IMCs的生长速率,这表明在钎料合金中加bi可提高微焊点的服役可靠性。

关键词：热迁移效应 sn-58bi钎料微焊点 IMCs

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Cu/sn-58bi/Cu焊点电迁移行为研究

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特种铸造及有色合金 2020年第1期40卷 7-11页

作者：刘生发谭颖臻宋天杰刘俐刘张扬散展翼黄尚宇武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

采用双辊快速凝固技术制备了sn-58bi钎料薄带,并制备Cu/sn-58bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通... 详细信息

采用双辊快速凝固技术制备了sn-58bi钎料薄带,并制备Cu/sn-58bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通电时间延长阳极界面处的IMC层的形状从扇贝状转变为锯齿状,阴极界面处的IMC层由扇贝形变为不规则,其厚度逐渐增加。阳极由于bi的偏聚形成了富bi层,sn在阴极偏聚,基体共晶组织(bi+β-sn)粗化。基于线性拟合可知,阳极和阴极的界面IMC层的生长系数n分别为0.263和0.442,其生长机制可归结为体积扩散。

关键词： sn-58bi钎料快速凝固显微组织电迁移行为

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热—电耦合条件下sn-58bi焊点的界面行为研究

热—电耦合条件下Sn-58Bi焊点的界面行为研究

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作者：李东洋江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来由于低温sn-Pb钎料对人类和生态环境产生不利的影响,而共晶sn-bi钎料因其低熔点、高性能的优势成为最有希望代替含铅焊料的钎料之一。因此,sn-58bi的可靠性问题引起了众多人员的研究。由于电迁移和热迁移是可靠性研究中关键的部分... 详细信息

近年来由于低温sn-Pb钎料对人类和生态环境产生不利的影响,而共晶sn-bi钎料因其低熔点、高性能的优势成为最有希望代替含铅焊料的钎料之一。因此,sn-58bi的可靠性问题引起了众多人员的研究。由于电迁移和热迁移是可靠性研究中关键的部分,所以本文主要研究了热-电耦合下不同热迁移和电迁移影响下焊点的界面行为。在纯电场作用下,当电流密度在1.0×10 A/cm及以下时,焊点内会产生固-固电迁移现象。随着时间的延长,bi原子会朝向阳极迁移并形成明显的富bi层,且焊点内的bi相会发生明显的粗化现象。当电流密度在1.5×10 A/cm时,阳极会在初期形成IMC-bi层-IMC三段式结构。而当电流密度大于1.5×10 A/cm时,阳极会产生大量的Cu-sn化合物,阴极Cu基体会严重的消耗。在固-固电迁移过程中,当施加电流由低电流密度转变为高电流密度,焊点内的bi扩散方式发生了明显的变化,最终都以体扩散为主要扩散方式。纯热场作用下的焊点的热迁移,两端IMC的不对称性生长是界面最大的变化,最主要的原因在于热端的Cu原子会在热迁移的作用下迁移到冷端。当外加热场与电场相互作用后,Cu/sn-58bi/Cu焊点微观组织发生明显的变化。固-固电迁移过程中,bi原子的迁移速度随着热场提供的温度和电流的增加而不断提高,扩散率与有效电荷数目的乘积DZ*也随着增加。与此同时,在不同热场和不同电场下bi相粗化现象引起的原子扩散方式也会不同。液-固电迁移过程中,焊点内的有效电荷常数Z*对bi原子的迁移起到了关键性的作用,高温状态下bi原子的有效电荷常数的值会由负变正,引起bi原子迁移方向改变。在特定的温度下需要阈值电流密度去促发电迁移,当外界温度为30、50、70℃时,推测的阈值电流为0.57、0.46、0.33×10 A/cm。当热场提供了能触发热迁移的温度梯度时,熔融焊点内会产生热迁移与电迁移耦合现象。在低电流密度作用下,当阳极在冷端时,焊点阳极处有富bi层的生成,钎料中存在大量的Cusn化合物;而当阳极在热端时,富bi层现象消失,焊点内能发现大量的bi块和Cusn。在高电流密度作用下,当阳极在冷端时,偏向冷端的界面处存在大量IMC和bi块;当阳极在热端时,阴极处的IMC的厚度随着时间不断的增加。在液-固电迁移熔化的初始阶段,sn-58bi钎料中的bi原子会迅速地向阳极界面扩散聚集,随后又开始反向溶解扩散到钎料内部,施加的温度梯度产生的热迁移驱使力对bi原子的反向溶解起到了一定的作用。且随着施加电流密度的增加,其效果会减弱。

关键词：电迁移热迁移 sn-58bi钎料金属间化合物界面行为

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Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu焊点可靠性研究

Cu/Sn-58Bi-xCNTs/Cu焊点可靠性研究

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作者：刘海祥苏州大学

学位级别：硕士

sn-58bi钎料由于熔点低、润湿性好、力学性能优良而在低温焊点封装领域具有广泛的应用前景。但是sn-58bi钎料也存在其不足,脆性bi相在服役环境中极易产生粗化,进而降低焊点的可靠性。如今研究较多的是在焊点中添加增强颗粒。增强颗粒的... 详细信息

sn-58bi钎料由于熔点低、润湿性好、力学性能优良而在低温焊点封装领域具有广泛的应用前景。但是sn-58bi钎料也存在其不足,脆性bi相在服役环境中极易产生粗化,进而降低焊点的可靠性。如今研究较多的是在焊点中添加增强颗粒。增强颗粒的尺寸一般是微米级或者纳米级,主要分为三种:第一种参与反应的颗粒,包括Ag、Au、Ni、Fe、Zn、RE等;第二种是不参与反应的颗粒,包括AI2O3、TiO2、POSS、sn02等;第三种是部分参与反应的颗粒,主要包括Ni-CNTs、Co-A1203等。本文在sn-58bi共晶钎料中添加碳纳米管（CNTs）,研究了不同含量CNTs（0、O.01wt.%、0.03wt.%、0.05wt.%、0.07wt.%）对 sn-58bi 共晶钎料焊点润湿性、基体组织、界面金属间化合物、焊点的拉伸与剪切性能、拉伸断口形貌的影响规律,得出焊点性能最优的CNTs添加量,并在此基础上研究sn-58bi共晶钎料和复合钎料焊点在电迁移过程中界面形态及力学性能的变化规律,并研究多场耦合下两种钎料焊点的抗蠕变性能,建立焊点蠕变本构方程,探究低温封装钎料sn-58bi的蠕变机理。研究了 Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu（x=0-0.07）焊点显微组织、润湿性和力学性能,并对焊点的拉伸断口进行分析。结果表明:Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu焊点的基体析出相为富bi相、富sn相及少量U型、H型Cru6sn5相,且CNTs添加量为0.01wt.%时复合钎料的基体组织明显得以细化,组织层片之间的距离明显缩小;添加CNTs改变了焊点界面析出相的比例,Cru6sn5相的比例增加了,析出相中可能存在CNT-sn相;随着CNTs含量的逐渐增加,Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu复合钎料焊点界面IMC厚度降低;CNTs含量为0.03wt.%时复合钎料的铺展面积最大,润湿性最佳,相比于sn-58bi钎料,复合钎料的铺展面积提高了 18.9%;复合钎料的抗拉强度、延伸率和剪切强度随着CNTs含量的逐渐增加均呈现先上升后下降的趋势,当CNTs含量为0.01wt.%时,复合钎料的力学性能最佳;sn-58bi钎料焊点的拉伸断口呈现台阶状,断裂形式为脆性断裂,sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的拉伸断口凹凸不平,在断口中出现碳纳米管被拔出的现象,存在一定的塑性变形。研究了电迁移对Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu（x=0、0.01wt.%）焊点组织和性能的影响。结果表明.:随着通电时间的增加,sn-58bi钎料及***复合钎料基体显微组织均发生了粗化,Cu/sn-58bi/Cu焊点通电100 h在阳极附近形成了粗大的富bi相;随着通电时间的增长,焊点界面IMC层的生长呈现明显的极性效应,阳极界面IMC层厚度则不断增加,阴极界面增加不明显,但Cu/sn-58bi-0.01CNTs/Cu焊点阳极界面IMC层厚度增加趋势小于Cu/sn-58bi/Cu焊点;Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu复合钎料焊点抗蠕变性能随着通电时间的增加逐渐降低,且同一通电时间下Cu/sn-58bi/Cu钎料焊点抗蠕变性能低于Cu/sn-58bi-0.01CNTs/Cu复合钎料焊点。研究了多场耦合条件下Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu焊点的抗蠕变性能。结果表明:随着温度和应力的增加,sn-58bi钎料和sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的蠕变寿命逐渐降低,sn-58bi钎料和sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点断裂方式均是由沿晶断裂逐渐转变为穿晶断裂,在较低应力和温度下sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点断口上发现了类似于韧窝的形貌,表明添加CNTs可以提高焊点的韧性;应力-温度-电流三场作用下,sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的抗蠕变性能随着温度和电流的逐渐增加而降低。电流对抗蠕变性能的影响主要在于提高焊点的服役温度。建立应力-温度两场作用下Cu/sn-58bi-xCNTs/Cu焊点蠕变本构方程并分析其蠕变机理。结果表明:根据稳态蠕变方程得到不同应力条件下的sn-58bi钎料焊点的蠕变激活能Qc1为71.94-89.74 kJ/mo1,sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的蠕变激活能Qc2为87.95-114.43 kJ/mol,不同温度条件下sn-58bi钎料焊点的应力指数n%为3.35-4.26,sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的应力指数/12为3.66-5.20。根据应力指数n和蠕变激活能Qc以及常数A得到sn-58bi钎料和sn-58bi-0.01CNTs复合钎料焊点的蠕变本构方程分别为（?）（?）和（?）sn-58bi钎料和sn-58bi-0.01CNTs

关键词： sn-58bi钎料 CNTs 组织及界面IMC 力学性能电迁移抗蠕变性能

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紫铜感应钎焊接头组织及性能

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电焊机 2016年第10期46卷 31-33页

作者：孟涛戴军李栋梁张尧成杨莉蒋立成常熟理工学院汽车工程学院江苏常熟215500

以紫铜板材为对象,利用sn-58bi和sn-0.7Cu钎料对紫铜进行感应钎焊实验,保温不同的时间,采用光学显微镜、显微硬度计、接合强度测试仪等方法对钎焊接头进行组织分析和性能测试。结果表明,利用sn-58bi和sn-0.7Cu钎料和感应钎焊技术可以实... 详细信息

以紫铜板材为对象,利用sn-58bi和sn-0.7Cu钎料对紫铜进行感应钎焊实验,保温不同的时间,采用光学显微镜、显微硬度计、接合强度测试仪等方法对钎焊接头进行组织分析和性能测试。结果表明,利用sn-58bi和sn-0.7Cu钎料和感应钎焊技术可以实现紫铜的连接。sn-58bi感应钎焊接头界面处均形成了一层薄而连续的金属间化合物Cu6sn5。随着保温时间的增加,焊缝中富bi相逐渐减少。sn-0.7Cu钎料接头的显微硬度在保温时间为10 s时最大。随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度逐渐增加,接头强度随之降低。

关键词：感应钎焊 sn-58bi钎料 sn-0.7Cu钎料微观组织

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