兩種Sn基無鉛焊料的焊點(diǎn)界面反應(yīng)及擴(kuò)散行為研究.pdf

1、Sn基無鉛焊料在應(yīng)用過程中的一個(gè)典型問題是因含Sn量高達(dá)90％以上所致的Sn與Cu基板的快速界面反應(yīng)而生成過厚的Cu-Sn金屬間化合物(IMC)，過厚的IMC會(huì)劣化焊點(diǎn)機(jī)械和熱疲勞性能，降低電子產(chǎn)品的可靠性。 本文以新型Sn-0.4Co-0.7Cu焊料和商業(yè)化Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料作為研究對象，以自主研制的實(shí)驗(yàn)室焊點(diǎn)制備平臺(tái)模擬實(shí)際生產(chǎn)的回流焊點(diǎn)，藉單軸拉伸試驗(yàn)、SEM/EDS和XRD分析等，通過對焊點(diǎn)在85℃、120

2、℃、150℃三種溫度下分別時(shí)效0h，24h，168h，500h，1000h的焊點(diǎn)的界面拉伸強(qiáng)度、IMC的成分和結(jié)構(gòu)、IMC的厚度以及其生長動(dòng)力學(xué)等的研究，為Sn-0.4Co-0.7Cu焊料的開發(fā)應(yīng)用和無鉛焊點(diǎn)可靠性設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，得出如下成果： 自主研制的實(shí)驗(yàn)室焊點(diǎn)制備平臺(tái)不僅可獲得不同尺寸的焊點(diǎn)，而且可顯著降低實(shí)驗(yàn)室研究的成本。 總體而言，同等時(shí)效條件下Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊點(diǎn)的拉伸性能略優(yōu)于Cu

3、/Sn-0.4Co-0.7Cu/Cu焊點(diǎn)。相同溫度時(shí)，兩種焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度都隨時(shí)效時(shí)間的延長而呈指數(shù)關(guān)系下降，且塑性變形能力逐漸降低；相同時(shí)效時(shí)間條件下，時(shí)效溫度的升高會(huì)導(dǎo)致兩種焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度呈線性關(guān)系下降，但下降速率趨緩。時(shí)效溫度升高和時(shí)效時(shí)間延長導(dǎo)致焊點(diǎn)的起裂點(diǎn)由Soldcr/IMC界面向IMC/IMC界面轉(zhuǎn)移，斷裂機(jī)理從以韌性斷裂為主發(fā)展為完全的脆性斷裂模式。 釬焊過程中Solder/Cu界面形成的IMC的生長受反應(yīng)擴(kuò)散的控

4、制，生長速度較快；隨時(shí)效時(shí)間延長，IMC層厚度不斷增加，其生長過程逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭芫Ы鐢U(kuò)散和體擴(kuò)散控制，生長速度變慢。 在150℃高溫時(shí)效條件下Sn-3.0Ag-0.5Cu焊點(diǎn)界面IMC分層明顯，且離散分布著Kirkendall孔洞，500小時(shí)時(shí)效后的半焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)為Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder；Sn-0.4Co-0.7Cu的半焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)為Cu/Cu6Sn5/Solder，無明顯分層，基體內(nèi)的IMC主要為三元(Co，Cu)