Sn基釬料-Cu釬焊保溫階段界面IMC生長行為研究.pdf

1、在電子封裝工藝流程中，Sn基釬料釬焊是最重要的連接工藝技術(shù)，釬焊過程中界面反應生成合適的金屬間化合物（Intermetallic Compound，IMC）層是保證焊點高可靠性的核心。在經(jīng)典界面反應模型中研究者將釬焊作為一個連續(xù)的過程，得到界面 IMC為同一種形貌，即認為在釬焊過程中 IMC為相同的生長行為。但是經(jīng)典模型與實際的試驗現(xiàn)象存在出入之處，同時對一些情況無法做出合理的解釋。目前研究表明，釬焊界面 IMC在保溫階段和冷卻階段是具

2、有不同的生長行為，這與經(jīng)典模型是不同的。因此為了深入對界面 IMC生長的認識，本實驗將釬焊過程不同階段進行區(qū)分。由于保溫階段IMC生長是冷卻階段生長的基礎(chǔ)，因此本文對保溫階段IMC生長行為進行深入研究。
　　本研究中，選用純Sn、Sn-0.5Cu、Sn-0.7Cu釬料合金小球與Cu基板分別在250°C、275°C、300°C三個不同的釬焊溫度下釬焊10 s、30 s、60 s、90 s、120 s后，利用高壓空氣吹掃技術(shù)將釬焊界面

3、處未反應的液態(tài)釬料瞬間清除，即獲得保溫階段界面反應的IMC形貌。本試驗重點分析和討論Sn-xCu/Cu釬焊保溫階段界面IMC的形貌演變以及動力學機制，同時對于釬料中Cu元素含量變化對于界面反應的影響進行研究；除此之外對于Sn基含Ag釬料界面反應機制也進行了探討，試驗分別選取Sn-1.0Ag、Sn-3.0Ag釬料合金，探究Ag元素對于釬焊界面反應的影響以及Ag3Sn和Cu6Sn5晶粒生長規(guī)律。通過研究分別得到以下結(jié)論：
　?。?）在

4、釬焊保溫階段，Sn/Cu、Sn-0.7Cu/Cu釬焊界面Cu6Sn5晶粒始終呈現(xiàn)出扇貝狀或胞狀形貌；Sn-0.5Cu/Cu界面IMC形貌由扇貝狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橘橘霠?，晶粒更加扁平?br>　?。?）在釬焊保溫階段Sn-xCu/Cu界面IMC的生長符合n=1/3關(guān)系，說明此時界面IMC的生長主要受晶界擴散控制。
　?。?） Sn-1.0Ag、Sn-3.0Ag與Cu基板釬焊反應保溫階段，Ag3Sn隨著釬焊時間延長一直保持顆粒狀，尺寸較小數(shù)

5、量逐漸增多；釬焊溫度對于界面 Ag3Sn的生長影響不大；Cu6Sn5晶粒逐漸由扇貝狀轉(zhuǎn)變?yōu)橘橘霠?，尺寸逐漸增加。
　?。?） Ag3Sn分布于Cu6Sn5晶粒不同位置。在釬焊初始階段，Ag3Sn分布于Cu6Sn5晶粒的根部縫隙間；隨著釬焊時間延長，Ag3Sn會彌散分布于Cu6Sn5晶粒的表面，或嵌入Cu6Sn5晶粒中生長。
　?。?） Sn-1.0Ag/Cu、Sn-3.0Ag/Cu在整個釬焊保溫階段界面IMC生長符合n=1/