無鉛釬料接頭界面化合物層生長及元素擴散行為.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品進一步向微、薄、輕方向發(fā)展,電子器件的I/O端口數(shù)不斷增多,焊點體積不斷減小,焊點的可靠性越來越受到人們的關(guān)注.焊點的可靠性主要取決于其界面行為.因此釬焊過程和服役過程中界面的反應(yīng)、擴散以及界面的微觀組織對當前無鉛釬料可靠性研究具有重大意義.該文采用Sn-3.5Ag/Cu,Sn-37Pb/Cu,Sn-9Zn-3Bi/Cu和Sn-3.5Ag/Ni/Cu四種釬焊接頭研究其在釬焊過程和時效過程中界面化合物層的生長行為及元素擴散行為

2、,研究結(jié)果表明:(1)對于Sn-3.5Ag/Cu,Sn-37Pb/Cu釬焊接頭,釬焊后的界面化合物呈扇形形貌.在Sn-3.5Ag/Cu界面化合物的表面上發(fā)現(xiàn)有納米級的Ag<,3>Sn顆粒.在釬焊過程中Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面Cu-Sn化合物層厚度隨釬焊時間的增加而增加.實際上,在化合物層的生長過程中同時也伴隨著溶解過程,由于其生長速度大于溶解速度,化合物層厚度隨釬焊時間的增加而增加.并且發(fā)現(xiàn)Sn-3.5Ag/Cu

3、在釬焊過程中所形成的IMC厚度比Sn-37Pb的薄,主要原因是Sn-3.5Ag/Cu界面IMC向液態(tài)釬料中的溶解大于Sn-37Pb/Cu的.在時效過程中Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面化合物層厚度與時效時間的平方根成正比,可用方程d=d<,0>+Kt來表示.通過計算,Sn-3.5Ag/Cu界面整個IMC和Cu<,6>Sn<,5>化合物的激活能分別為75.16 kJ/mol,58.59 kJ/mol;Sn-37Pb/Cu界

4、面整個IMC和Cu<,6>Sn<,5>化合物的激活能分別為82.19kJ/mol,73.11kJ/mol.(2)對于Sn-3.5Ag/Ni/Cu,釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu).在界面IMC上同樣發(fā)現(xiàn)有納米級Ag<,3>Sn顆粒.釬焊過程中界面化合物層生長符合t<'1/6>規(guī)律.界面IMC在時效過程中的生長動力學符合x=(Kt)<'1/2>關(guān)系.在釬焊及時效過程中界面化合物主要是Ni3Sn4化合物,說明電鍍Ni層能很好的抑制Sn-3.

5、5Ag/Cu焊點中Cu,Sn相互反應(yīng)和擴散.通過計算,Sn-3.5Ag/Ni/Cu界面化合物的擴散激活能為132.404KJ/mol,比Cu<,6>Sn<,5>的激活能(58.95 KJ/mol)大得多,表明Ni<,3>Sn<,4>的生長速度在低溫時效時比Cu<,6>Sn<,5>的慢,而在高溫時效時比Cu<,6>Sn<,5>的快.(3)對于Sn-9Zn-3Bi/Cu,釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu).釬焊過程中界面化合物層生長符合t<'