電子封裝互連無(wú)鉛釬料及其界面問(wèn)題研究.pdf

1、在公眾輿論、環(huán)保意識(shí)、相關(guān)法律、市場(chǎng)需求等因素的推動(dòng)下,電子封裝的無(wú)鉛化研究成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重大科學(xué)技術(shù)前沿問(wèn)題.隨著電子工業(yè)的發(fā)展和無(wú)鉛釬料研究的深入,對(duì)于高性能、低成本的無(wú)鉛釬料的需求愈加迫切,而釬焊反應(yīng)和焊點(diǎn)可靠性己成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn).由于稀土元素具有獨(dú)特的性質(zhì),本文研究討論了微量稀土元素對(duì)Sn-3.5Ag、Sn-9Zn、Sn-3.5Ag-0.7Cu無(wú)鉛釬料的組織、熔點(diǎn)、潤(rùn)濕性以及相關(guān)力學(xué)性能的影響,探討了微量稀土元素的影響機(jī)

2、制.為優(yōu)化Sn-9Zn合金的性能,添加Cu元素研制了(Sn-9Zn)-xCu(SZ-xCu)無(wú)鉛釬料,并對(duì)釬料的組織、熔點(diǎn)、潤(rùn)濕性、以及相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行了研究,對(duì)與Cu基體釬焊形成的界面化合物成分、形貌進(jìn)行了分析.總結(jié)研究了幾種Sn-Ag-Cu合金的性能;在此基礎(chǔ)上,對(duì)釬焊過(guò)程中Sn-Ag-Cu/Cu界面化合物形貌和生長(zhǎng)行為進(jìn)行了研究;總結(jié)了納米Ag<,3>Sn顆粒在界面金屬間化合物上的吸附現(xiàn)象;并對(duì)微量Au元素對(duì)Sn-3.5Ag-0.

3、7Cu合金組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了初步研究.釬焊過(guò)程形成的界面金屬間化合物(IMC)的生長(zhǎng)行為是溫度和時(shí)間的函數(shù).由于蘸入法能夠精確控制釬焊的溫度和時(shí)間,本文用蘸入法釬焊得到相應(yīng)釬焊接頭,對(duì)時(shí)效過(guò)程中界面化合物的生長(zhǎng)行為、接頭組織演變進(jìn)行了深入研究.具體包括:Sn-Pb/Cu和Sn-Ag/Cu界面金屬間化合物的生長(zhǎng),其焊后界面構(gòu)成為:釬料/Cu-Sn/Cu;Sn-9Zn-3Bi/Cu界面顯微結(jié)構(gòu)的演變,其焊后界面構(gòu)成為:釬料/Cu-Z

4、n/Cu.通過(guò)上述研究,得到以下主要結(jié)論:(1)由于吸附作用,微量稀土元素能夠有力地細(xì)化合金的微觀組織,而且隨著第二相體積分?jǐn)?shù)的增加,稀土元素的細(xì)化效果更加明顯.作為表面活性物質(zhì),微量稀土元素能夠降低合金的表面張力,提高合金的潤(rùn)濕性.微量稀土元素細(xì)化合金組織,使得析出強(qiáng)化效果增加,進(jìn)而提高了合金的綜合力學(xué)性能.(2)Sn-Zn-Cu釬料由于Cu的加入減少了Zn原子在釬料表面的氧化,有效的降低液態(tài)釬料的表面張力,使釬料與Cu之間的潤(rùn)濕性得

5、到顯著提高,獲得了較小的潤(rùn)濕角.(3)Sn-Ag-Cu合金的微觀組織均由β-Sn,Ag<,3>Sn,Cu<,6>Sn<,5>三相組成;隨著Ag和Cu含量的增加,合金組織中出現(xiàn)粗大的化合物相.(4)當(dāng)Sn-3.5Ag,Sn-3.5Ag-0.7Cu和Cu,Ni進(jìn)行釬焊反應(yīng)時(shí),在Cu-Sn、Ni-Sn、(CuNi)-Sn化合物表面發(fā)現(xiàn)有納米Ag<,3>Sn粒子的生成.分析表明這些粒子是在焊后凝固過(guò)程中,液態(tài)合金析出的Ag<,3>Sn粒子被界面

6、吸附而形成的.(5)微量Au元素對(duì)合金凝固后的組織影響不大.(6)時(shí)效后,Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面化合物形貌由焊后的扇形轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝?(7)Sn-9Zn-3Bi/Cu界面170℃時(shí)效100 h、200 h后,在Sn-9Zn-3Bi/Cu釬焊接頭界面處出現(xiàn)單一連續(xù)的Cu<,5>Zn<,8>化合物層;而時(shí)效500 h、1000 h后,界面處出現(xiàn)了三層化合物層:從基體Cu側(cè)起,依次為Cu<,6>Sn<,5>化合物層,Cu