Sn-Ag-Cu-Sn-Bi混裝焊點熱循環(huán)可靠性研究.pdf

1、Sn-Bi和Sn-Ag-Cu混裝焊點是利用Sn-Bi焊膏將Sn-Ag-Cu的Bump回流焊接在PCB板上，或是利用Sn-Ag-Cu的焊膏將Sn-Bi的Bump回流焊接到PCB板上，這一封裝過程包含著組織、力學(xué)性能、可靠性的演變，介于此，混裝焊點的可靠性問題日益成為研究焦點。
　　本研究中將混裝焊點歸為成分復(fù)合和結(jié)構(gòu)復(fù)合兩類，重點研究了混裝焊點的組織、力學(xué)性能和熱循環(huán)可靠性。首先，通過有限元方法研究了利用獨立焊點彎曲試驗評價焊點力學(xué)

2、性能的可行性；其次，對成分復(fù)合釬料合金的顯微組織和力學(xué)性能進行了研究；再次，對成分復(fù)合焊點的力學(xué)性能和斷裂方式進行了討論；最后，對成分復(fù)合焊點和結(jié)構(gòu)復(fù)合焊點在熱循環(huán)過程中力學(xué)性能的退化進行了研究，并通過有限元分析揭示了混裝焊點熱循環(huán)可靠性的變化機理。以上的研究結(jié)果表明：彎曲時，獨立焊點的軸心方向應(yīng)力狀態(tài)與PCB板彎曲時BGA焊點的軸心方向的應(yīng)力狀態(tài)相近，即可以用獨立焊點的彎曲來評價焊點的力學(xué)性能。SB-xSAC(x=20,25和50)釬

3、料主要由富Sn相和富Bi相構(gòu)成，此外還存在著Ag3Bi相和Cu6Sn5相；Sn-Bi釬料合金由β-Sn相和Bi相構(gòu)成；Sn-Ag-Cu釬料合金由富Sn相和共晶相共同構(gòu)成，共晶相由為β-Sn相，Ag3Sn相和Cu6Sn5相構(gòu)成。Sn-Bi和SB-xSAC(x=20,25和50)釬料合金的BSE顯微組織中有明顯的初生相和次生相，初生相為高溫β-Sn轉(zhuǎn)變得到的β-Sn和Bi相的混合物；次生相為液相直接轉(zhuǎn)變得到的β-Sn相和Bi相，初生相的含量

4、隨Sn-Ag-Cu含量的增加而逐漸增加。由于Bi元素的固溶強化作用，含 Bi釬料合金的力學(xué)性能均優(yōu)于Sn-Ag-Cu釬料合金；此外由于Bi相低強度特性，使得Bi元素的含量越低時，釬料合金中的Bi相越少，強度越高；在SB-50SAC中，由于細小的初生相的比例較高，細晶強化作用明顯，使得該釬料合金的強度最高；強度速率敏感性研究表明SB-50SAC的速率敏感性最低。復(fù)合成分焊點的斷裂方式為“釬料斷裂”和“準釬料斷裂”，即裂紋基本沒有在界面 I

5、MC層中擴展，這使焊點的極限彎曲載荷及其速率敏感性對釬料中 Sn-Ag-Cu含量的依賴性基本與釬料合金本生相同。SB-50SAC焊點的脆性斷裂傾向較大，該焊點的脆性斷裂傾向與該釬料合金的力學(xué)性能有關(guān)。成分復(fù)合焊點的熱循環(huán)可靠性排序為：SB-50SAC>[Sn-Bi，SB-20SAC,SB-25SAC]>Sn-Ag-Cu，這主要是由釬料合金的力學(xué)性能決定的；結(jié)構(gòu)復(fù)合焊點的熱循環(huán)可靠性優(yōu)于Sn-Ag-Cu焊點，這主要是由于Sn-Bi層能夠減