陈志刚[1]2003年在《SnAgCuRE钎焊接头蠕变行为的研究》文中研究表明欧盟已颁布WEEE法令，明确提出将于2006年全面禁止含铅钎料的使用。面对着商业竞争的压力，各国的电子制造商以及科研机构纷纷开展广泛的无铅钎料研究工作。新型的无铅钎料不仅要具有良好的工艺性能，更重要的是要有更高的力学性能，尤其是焊点的抗蠕变能力，以满足电子工业不断增长的对可靠性的要求，确保其在服役过程中能可靠运行。SnAgCu合金有着优良的润湿性能和力学性能，被认为是最有潜力的SnPb钎料的替代品。在众多的SnAgCu合金中，Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料由于其较高的抗蠕变性能，而受到了广泛的关注。然而，电子线路板的超细间距式的设计趋势以及越来越严酷的服役环境，要求新型的无铅钎料具有更高的高温蠕变抗力。向合金中添加具有表面活性的元素可以有效地改善钎料的抗蠕变性能。本文选择目前在无铅钎料领域中较为看好的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料，通过向其中添加微量的Ce基混合稀土，研究了稀土对Sn-3.8Ag-0.7Cu合金蠕变性能的影响：通过蠕变断裂寿命的测试，研究了不同稀土含量对Sn-3.8Ag-0.7Cu 钎焊接头蠕变断裂寿命的影响；通过蠕变应变试验，确定Sn-3.8Ag-0.7Cu以及SnAgCu- 0.1RE的应力指数、激活能以及常数A，建立了反映稳态蠕变速率与温度和应力之间的本构关系。稀土的添加对Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的其他性能以及微观组织结构也有影响。本文分别对Sn-3.8Ag-0.7Cu以及含有不同含量的SnAgCuRE钎料合金进行了物理性能、工艺性能及常规力学性能的测试，并进行了对比。最后，分析了稀土的添加对Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料合金及其钎焊接头显微组织的影响。在所研究的合金中，未出现低熔点共晶峰，表明混合稀土的添加不会使SnAgCu合金产生低熔点共晶成分。添加微量的混合稀土对SnAgCu钎料合金的熔化温度影响不大，液相线温度大致在220℃~225℃之间。对SnAgCuRE钎料进行的物理、工艺及常规力学性能测试表明，从综合性能角度考虑，SnAgCu合金中稀土添加量不宜超过1.0wt.％。蠕变断裂寿命试验表明微量混合稀土的添加可以显着地提高室温下SnAgCu钎焊接头的蠕变断裂寿命。在室温条件下，稀土含量为0.1wt.%时，蠕变断裂寿命最高，可以达到Sn-3.8Ag-0.7Cu的7倍以上。当稀土含量超过0.1wt.%时，接头的蠕变断裂寿命呈下降趋势。尤其是当稀土含量为1.0wt.%时，接头的蠕变断<WP=4>裂寿命甚至低于Sn-3.8Ag-0.7Cu钎焊接头，大体与SnPb钎焊接头的蠕变断裂寿命持平。因此，在SnAgCu钎料合金中，稀土的添加量不宜超过1.0wt.%。在65℃下，接头蠕变断裂寿命提高得不多，最高只有SnAgCu钎料的两倍多。因此，稀土添加量的最佳范围在0.05wt.%-0.25wt.%之间，稀土添加不易超过1.0wt.%。对Sn-3.8Ag-0.7Cu和SnAgCu-0.1RE两种合金的钎焊接头蠕变参数（应力指数、蠕变激活能）分别进行了测定；对常数A进行了计算。从而得出了描述稳态蠕变速率与应力和温度相关性的本构方程。通过对试验所得的Sn-3.8Ag-0.7Cu及SnAgCu-0.1RE钎焊接头表观蠕变激活能的修正，得出了其真实蠕变激活能。结果表明，在低应力条件下，Sn-3.8Ag-0.7Cu及SnAgCu-0.1RE钎焊接头的真实蠕变激活能都与基体Sn的晶格自扩散激活能接近，从而其稳态蠕变速率在低应力下由晶格自扩散速率控制；在高应力条件下，Sn-3.8Ag-0.7Cu及SnAgCu-0.1RE钎焊接头的真实蠕变激活能与基体Sn的位错管道扩散激活能接近，从而其稳态蠕变速率在高应力下则由位错管道扩散的速率控制。因此，通过总结可以得出：在低应力下，Sn-3.8Ag-0.7Cu和SnAgCu-0.1RE钎焊接头的最优化应力指数分别为6.9和8.2，真实蠕变激活能都与晶格自扩散激活能接近；在高应力下，Sn-3.8Ag-0.7Cu和SnAgCu-0.1RE钎焊接头的最优化应力指数分别为11.6和14.6，真实蠕变激活能都与位错管道扩散激活能接近。进而，Sn-3.8Ag-0.7Cu和SnAgCu-0.1RE钎焊接头蠕变变形的主控机制为位错的攀移过程。从而得出，在本文的试验温度和应力条件下，Sn-3.8Ag-0.7Cu及SnAgCu-0.1RE钎焊接头的蠕变变形是由位错蠕变机制控制的。具体来说，蠕变变形是位错滑移和位错攀移共同作用的结果，而控制稳态蠕变速率的主控机制为位错的攀移。在低应力下，位错的攀移主要通过基体Sn的晶格自扩散过程控制；而在高应力下，位错的攀移则由位错管道扩散过程控制。对SnAgCuRE钎料合金及其接头的显微组织形成机制进行了探讨。通过对合金中元素间的相互作用以及相应的二元相图的分析，提出了在SnAgCuRE合金中存在着Ce-Sn共晶反应、La-Sn包晶反应以及Sn-Ag、Sn-Cu的共晶反应。SnAgCuRE钎焊接头的显微组织与SnAgCuRE钎料合金的显微组织不同，这是由于冷却速度的差异以及Cu基体向钎料中的溶解造成的。稀土提高SnAgCu钎焊接头的蠕变抗力，有以下几方面因素：1）在枝晶界处形成网络的富RE相，会降低枝晶界的界面能，增加位错攀移的激活能，从而降低了位错攀移的速率。2）稀土的加入，可以在晶界处形成网络结构，能过阻<WP=5>碍原子的扩散，抑制晶粒的长大和运动。3）稀土的加入，增加了枝晶界处的和第二相粒子的数量，起到晶界强化作用。由于稀土元素在中固溶度较小，大部分将富集在固液界面前沿的液相边界层中，从而阻碍Ag、Cu原子穿过界面
樊艳丽[2]2014年在《Ni对SnAgCuRE钎料钎焊接头性能的影响》文中提出研究了Ni含量对SnAgCuRE/Cu钎焊接头金属间化合物(IMC)、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:微量Ni能抑制钎焊接头界面区IMC的生长,减小IMC的尺寸,降低界面粗糙度,提高钎焊接头的力学性能。当Ni添加量为0.05%时,界面区IMC厚度减小且趋于平整,对应钎焊接头的剪切强度最大、蠕变断裂寿命最长。
张柯柯, 王要利, 樊艳丽, 祝要民, 张鑫[3]2007年在《RE含量及环境条件对SnAgCu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响》文中研究说明采用搭接面积为1mm2的微型接头,研究了Ce-La混合稀土(RE)含量和环境条件对Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料钎焊接头蠕变断裂寿命的影响。结果表明:添加微量RE可改变钎焊接头界面层金属间化合物的几何尺寸及形态,从而影响SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点的蠕变断裂寿命。当RE添加量为0.1%时(质量分数,下同),焊点界面金属间化合物尺寸小且均匀,蠕变断裂寿命最长,为SnAgCu焊点蠕变断裂寿命的8.4倍,其值明显高于商用钎料Sn3.8Ag0.7Cu焊点的蠕变断裂寿命。在相同条件下,焊点的服役温度升高、应力增加,将导致焊点的蠕变断裂寿命下降。
史耀武, 雷永平, 夏志东, 刘建萍, 李晓延[4]2005年在《电子组装用SnAgCu系无铅钎料合金与性能》文中认为论述无铅钎料替代的紧迫性,综述无铅钎料的发展现状,特别讨论了以SnAgCu叁元系合金为代表的无铅钎料的特点与优势。SnAgCu叁元钎料合金在一个较大成分范围熔化温度都接近共晶温度,在SnAgCu钎料合金中添加微量La、Ce混合稀土,构成新的四元合金,既能保持SnAgCu钎料的优良物理性能及钎焊工艺性能,又能显着提高SnAgCu合金的抗蠕变性能及服役可靠性,同时钎料成本低廉,具有自主知识产权,在钎料的生产和使用上将免于国外专利的困扰,为国内钎料生产企业提供了有竞争性的无铅焊料合金。另外,采用微米／亚微米颗粒,可进一步增强无铅钎料的抗蠕变性能及组装接头的尺寸稳定性,可满足光通讯、宇航、汽车等电子设备制造的特殊要求。
张亮, 韩继光, 何成文, 郭永环, 薛松柏[5]2012年在《稀土元素对无铅钎料组织和性能的影响》文中研究指明稀土元素以其独特的优势被称为金属材料的维他命,稀土元素的添加可以在不同程度上提高无铅钎料的性能。结合国内外在含稀土元素无铅钎料研究领域的最新研究成果,综合评论稀土元素对无铅钎料组织和性能的影响,阐述含稀土元素的无铅焊点可靠性研究现状,为该钎料的实际应用提供数据支撑,分析过量稀土元素对无铅钎料表面锡须的影响,探讨锡须的生长机制及潜在的问题,最后综合评述含稀土无铅钎料在研究过程中存在的问题以及相应的解决措施,为含稀土元素无铅钎料的研究和应用提供理论依据。
叶焕, 薛松柏, 张亮, 皋利利, 曾广[6]2009年在《稀土元素对SnAgCu钎料性能的影响》文中研究表明综合评述了无铅化背景下SnAgCu系钎料合金的性能特点和研究现状,着重讨论分析了微量稀土元素的添加对SnAgCu系钎料润湿性能、力学性能、蠕变性能和显微组织的影响及其作用机理,并对具有广阔发展前景的SnAgCuRE系无铅钎料的研究与发展趋势进行了展望。
杨洁, 冯晓乐, 郝秀云, 王玉鹏[7]2011年在《SnAgCuRE系无铅焊点形态模型的数学分析及试验研究》文中进行了进一步梳理根据表面组装RC3216元件焊点的结构特征,采用数学分析方法建立了焊点形态的数学模型,预测了片式元件的SnAgCuRE系无铅钎料焊点形态,并对预测的焊点形态进行了试验验证。结果是预测结果与试验结果吻合很好,最大相对误差仅为7%。
张晓娇[8]2014年在《超声振动和电场辅助作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊及接头时效特性》文中认为电子产品的迅猛发展对微连接焊点质量和可靠性提出了更高要求。SnAgCu系尤其是SnAgCuRE系无铅钎料作为SnPb系钎料的最佳替代品之一，其润湿性及焊点可靠性仍需进一步改善、提高，以适应现代电子产品对无铅无卤微连接钎焊新技术的发展需求。因此，寻求新的无铅钎料润湿有效方法，少用甚至不用助焊剂，改善钎焊工艺性，满足微连接焊点质量和可靠性的要求，是亟待解决的问题，成为无铅钎料微连接的研究热点之一。本文采用正交试验设计，借助于现代理化检测方法，研究了钎焊过程中辅助超声振动和电场对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织和剪切强度及断裂机制的影响，确定了施加超声振动和电场最优参数；开展了超声振动、电场和时效工艺方法参数对超声振动和电场辅助作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头时效后界面金属间化合物（IMC）形貌尺寸及接头剪切强度的影响研究，探讨了时效过程中钎焊接头界面IMC生长动力学及接头时效断裂机制。研究结果表明，超声振动和电场辅助作用下可实现无卤助焊剂下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu的良好钎焊。在超声功率88W、超声时间60s和电场强度2kV/cm时钎焊接头剪切强度最大为28.7MPa，较传统钎焊提高68%。超声振动对钎焊接头的影响大于电场，超声振动作用中超声功率影响最为显着。与传统钎焊和辅助超声振动钎焊相比，钎焊过程中辅助超声振动和电场可降低Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面区Cu6Sn5IMC层厚度和表面粗糙度，提高钎缝硬度和接头剪切强度，钎焊接头断裂方式由发生在IMC层脆性断裂、IMC层脆性断裂和钎缝韧性断裂组成的混合型断裂演变为钎缝的韧性断裂。超声振动和电场辅助作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头时效后界面处IMC层由Cu6Sn5和Cu3Sn构成，且IMC层内部有裂纹、空洞等缺陷。随时效时间延长，Cu6Sn5和Cu3Sn IMC层厚度逐渐增加，Cu6Sn5层由尺寸细小的扇贝状转变为粗大且不均匀的扇贝状。与传统钎焊和辅助超声振动钎焊相比，钎焊过程中辅助超声振动和电场可提高Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu焊点界面Cu6Sn5和Cu3Sn的生长激活能，最大值分别为71.75kJ/mol和86.67kJ/mol，降低时效过程中IMC层的生长速度，钎焊接头时效后剪切强度较大。钎焊接头界面IMC层的厚度、形貌对其接头断裂途径和方式有重要作用。钎焊过程中辅助超声振动和电场可改变钎焊接头时效后的断裂途径、改善接头时效后的断裂方式，断裂方式由以脆性断裂为主向以韧性断裂为主转变，使接头剪切强度增大，接头服役可靠性提高。综上所述，辅助超声振动和电场可抑制Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头及其时效后界面IMC层的成长，改善钎焊工艺性和钎焊接头断裂方式，提高钎焊接头的服役可靠性，满足现代电子产品无铅无卤微连接的需求。
王要利, 张柯柯, 乔新贺, 钱娜娜, 潘红[9]2012年在《RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响》文中进行了进一步梳理利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。
李臣阳[10]2012年在《Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊及焊点可靠性研究》文中提出随电子组装和封装日趋向高密度、高精度、细间距和微尺度化方向发展，人们对无铅钎焊工艺性及其微焊点可靠性提出了更高要求。开发出可以替代SnPb钎料具有环境友好、高强度和高可靠性的无铅钎料已成为微连接领域的研究热点之一。SnAgCu系包括SnAgCuRE系无铅钎料是SnPb钎料最具有潜力的替代品之一。但此类钎料合金焊点可靠性有时仍显不足，不能适应微连接对无铅焊点提出的更高要求，已成为微连接无铅研究领域亟待解决的问题。开展相关高强度、高可靠性无铅钎料的研究对提高微连接无铅焊点的质量，具有重要意义。本文采用正交试验方法，研究了Ni添加量、钎剂、钎焊温度和时间等参数对低银Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu无铅焊点界面金属间化合物（IMC）和焊点力学性能的影响，确定了最优钎焊工艺参数。以此为基础，研究了Ni添加量等参数对时效过程中Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu焊点界面IMC形貌、生长动力学和焊点断裂机制的影响，并确定了Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi无铅钎料的最优成分。研究结果表明：添加适量Ni能显着细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE无铅钎料初生β-Sn相和共晶组织，抑制Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu焊点界面(Cu,Ni)_6Sn_5的生长和表面粗糙度的增加，提高焊点的力学性能。当Ni添加量为0.1%时，钎料合金组织细小均匀，共晶组织所占比例较多；焊点界面IMC薄而平整，(Cu,Ni)_6Sn_5颗粒尺寸小；对应焊点剪切强度最高为45.6MPa，较未添加Ni焊点剪切强度提高15.2%。随时效时间延长，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu焊点界面(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn厚度增加；(Cu,Ni)_6Sn_5由粗糙度较大的扇贝状变为粗糙度较小的层片状，其俯视形貌由小尺度的鹅卵石状变为较大尺寸的多面体状。添加适量Ni能降低界面IMC表面粗糙度和棱角数目，提高IMC生长激活能，降低IMC的生长速率，抑制焊点向脆性断裂方式转变，从而减缓焊点剪切强度下降。当Ni添加量为0.1%时，界面IMC薄而平整，(Cu,Ni)_6Sn_5颗粒尺寸小且棱角数目少，(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu3Sn的生长激活能均达最大值86.8kJ/mol和93.7kJ/mol，对应焊点剪切强度最高。综合考虑Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.1Ni无铅钎料具有优良的钎焊工艺性和焊点可靠性，可满足现代微连接对焊点可靠性的更高要求。
参考文献：
[1]. SnAgCuRE钎焊接头蠕变行为的研究[D]. 陈志刚. 北京工业大学. 2003
[2]. Ni对SnAgCuRE钎料钎焊接头性能的影响[J]. 樊艳丽. 热加工工艺. 2014
[3]. RE含量及环境条件对SnAgCu钎焊接头蠕变断裂寿命的影响[J]. 张柯柯, 王要利, 樊艳丽, 祝要民, 张鑫. 稀有金属材料与工程. 2007
[4]. 电子组装用SnAgCu系无铅钎料合金与性能[J]. 史耀武, 雷永平, 夏志东, 刘建萍, 李晓延. 有色金属. 2005
[5]. 稀土元素对无铅钎料组织和性能的影响[J]. 张亮, 韩继光, 何成文, 郭永环, 薛松柏. 中国有色金属学报. 2012
[6]. 稀土元素对SnAgCu钎料性能的影响[J]. 叶焕, 薛松柏, 张亮, 皋利利, 曾广. 电焊机. 2009
[7]. SnAgCuRE系无铅焊点形态模型的数学分析及试验研究[J]. 杨洁, 冯晓乐, 郝秀云, 王玉鹏. 热加工工艺. 2011
[8]. 超声振动和电场辅助作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊及接头时效特性[D]. 张晓娇. 河南科技大学. 2014
[9]. RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响[J]. 王要利, 张柯柯, 乔新贺, 钱娜娜, 潘红. 中国有色金属学报. 2012
[10]. Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊及焊点可靠性研究[D]. 李臣阳. 河南科技大学. 2012
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