SnAgCu-Cu微焊點(diǎn)界面IMC演變及脆斷分析.pdf

1、隨著電子產(chǎn)業(yè)無鉛化進(jìn)程的推進(jìn)，Sn-Ag-Cu(SAC)系無鉛釬料備受關(guān)注。然而目前市場主流SAC釬料Ag含量較高（3wt％），導(dǎo)致其成本高，焊點(diǎn)的脆性較大。所以開發(fā)低銀無鉛釬料十分必要。本文以新型低銀SAC系釬料為研究載體，對低銀無鉛微焊點(diǎn)界面金屬間化合物(IMC)演變行為及微觀力學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 研究了SnAgCu/Cu微焊點(diǎn)界面反應(yīng)及IMC的演變行為。闡明了釬料中Ag、Cu元素及添加元素Bi、Ni等組分對界面IMC

2、形貌及結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律;分析界面IMC在不同回流焊工藝參數(shù)及高溫時(shí)效下的演變行為。結(jié)果表明:釬料中Ag含量較高時(shí)容易形成納米級Ag3Sn晶粒;低銀SAC-Bi-Ni/Cu焊點(diǎn)中Bi不參與焊點(diǎn)界面反應(yīng)，其界面IMC結(jié)構(gòu)主要受釬料中Cu、Ni元素含量影響形成Cu6Sn5和(Cu，Ni)6Sn5，其中(Cu，Ni)6Sn5晶粒尺寸較小;界面IMC晶粒在回流焊過程中的生長速率遠(yuǎn)高于其在高溫時(shí)效過程中的生長速率;釬料中添加元素Bi、Ni對焊點(diǎn)抗高溫

3、時(shí)效性能具有積極的作用。
　　 分析了回流焊過程中微焊點(diǎn)界面的元素?cái)U(kuò)散通道，構(gòu)建了界面IMC的生長模型?；亓骱高^程中，晶界擴(kuò)散為焊點(diǎn)界面的主要擴(kuò)散方式;SAC/Cu焊點(diǎn)界面IMC晶粒的生長模式為包覆式生長和柱狀生長，而SAC(-Bi)-Ni/Cu焊點(diǎn)界面IMC晶粒的生長模式為柱狀生長和枝狀生長。
　　 通過對微焊點(diǎn)界面IMC在高溫時(shí)效過程中的演變行為進(jìn)行分析，探討了高溫狀態(tài)下焊點(diǎn)界面的元素?cái)U(kuò)散通道，構(gòu)建了界面IMC在高溫

4、時(shí)效過程中的生長模型。高溫時(shí)效過程中，隨著界面IMC層厚度增厚及IMC晶粒尺寸的增長，體釬料與基板間元素?cái)U(kuò)散的主要方式由IMC晶界擴(kuò)散逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镮MC晶粒體擴(kuò)散。高溫時(shí)效過程中，界面IMC靠近體釬料一側(cè)不斷有新的晶粒形成并且存在IMC晶粒合并現(xiàn)象，擴(kuò)散過程中大晶粒內(nèi)部形成較多孔洞，容易成為裂紋源。
　　 從微焊點(diǎn)體釬料與界面的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)出發(fā)，對低銀SAC-Bi-Ni/Cu焊點(diǎn)體釬料與界面剪切強(qiáng)度匹配進(jìn)行探討。通過對微焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的特

5、殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)體釬料與界面剪切強(qiáng)度的分別測試，并結(jié)合初步實(shí)驗(yàn)與分析論證該方法的可行性。探討了釬料中元素Bi、Ni與焊點(diǎn)體釬料及界面剪切強(qiáng)度的關(guān)系及其對二者匹配性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:釬料中Bi、Ni元素的相對含量與SAC-Bi-Ni/Cu焊點(diǎn)界面與體釬料的剪切強(qiáng)度匹配性存在一定關(guān)系。當(dāng)?shù)豌y釬料SAC-Bi-Ni釬料中Bi、Ni元素添加量比例接近35～40∶1時(shí)，焊點(diǎn)界面與體釬料的剪切強(qiáng)度匹配性最好。
　　 以目前市售高銀釬料