SAC305合金的熱疲勞特性及復(fù)合-合金化對基體焊料性能的影響.pdf

1、全球正迎來電子信息技術(shù)時代,電子產(chǎn)品正朝著高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、便捷化以及低成本的方向發(fā)展,封裝技術(shù)也向著高密度、高可靠、低成本的方向發(fā)展。封裝領(lǐng)域中一直遵循著一代電路,一代封裝,一代材料的發(fā)展定式。其中,焊料合金作為一種封裝材料,通過與襯底材料形成冶金連接,達(dá)到芯片保護(hù)的目的,并為電子系統(tǒng)提供必不可少的電氣、導(dǎo)熱和機(jī)械連接,以發(fā)揮芯片的功能。焊料合金在基板材料上的焊接性能直接決定著整個電子系統(tǒng)的服役可靠性和使用壽命。

2、因此,超微化進(jìn)程中高性能焊料合金的研究開發(fā)非常重要。本文通過向Sn-3Ag-0.5Cu(SAC305305)和Sn-0.7Cu(SC)兩種基體無鉛焊料中分別添加Polyhedral oligomeric silsesquioxanes(POSS)納米顆粒和Bi/Ni元素制備得到新型無鉛焊料,系統(tǒng)地研究了外加顆粒和第三、四元素對基體焊料合金的熔化特性、潤濕性能和微觀組織的影響,并探討了不同熱應(yīng)力下(復(fù)合)焊料合金焊接接頭的微觀組織演變過程

3、和斷裂機(jī)理。全文主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　對經(jīng)過熱循環(huán)、熱沖擊和等溫時效處理的圖像&中央處理器(Graphic&Central Processing Unit,GCPU)上的焊點(diǎn)進(jìn)行剪切和拉伸實(shí)驗(yàn),研究了不同熱應(yīng)力下SAC305/Cu焊接接頭的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度,探討了SAC305/Cu焊接接頭在剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力下的斷裂機(jī)制,并分析了不同熱應(yīng)力對其斷裂機(jī)制的作用機(jī)理。結(jié)果表明:焊點(diǎn)的平均剪切強(qiáng)度隨著熱循環(huán)、熱沖擊循環(huán)數(shù)的增加和等

4、溫時效時間的延長呈波動的下降趨勢,且熱循環(huán)條件下焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度下降速度最快。這是因?yàn)椴煌瑹釕?yīng)力下,焊點(diǎn)接頭處的微觀組織形貌演變程度不同,焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋的萌生和擴(kuò)展路徑也有差異,從而對焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度造成影響;焊點(diǎn)的平均拉伸強(qiáng)度并未隨熱循環(huán)、熱沖擊循環(huán)數(shù)的增加和等溫時效時間的延長而降低,而是呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。說明熱應(yīng)力不是誘發(fā)焊點(diǎn)拉伸斷裂的主要因素。
　　通過向SAC305中添加POSS納米顆粒,研究了POSS分子在等溫時效條件下對S

5、AC305/Cu接頭處金屬間化合物(Intermetallic compounds,IMC)的生長形貌和生長速率的影響。結(jié)果表明:POSS分子能細(xì)化基體焊料中的β-Sn初晶,使焊料晶界數(shù)量增加?；亓骱附雍?部分POSS分子吸附在IMC上,這種吸附作用在時效過程中會改變IMC的生長速率和形貌。當(dāng)POSS分子的添加量為3wt.％時,IMC生長速度達(dá)到最慢。在回流和時效過程中,IMC的生長伴隨著Cu6Sn5向焊料中的溶解。POSS分子吸附在I

6、MC表面,降低了IMC的界面能,有效地阻止了固態(tài)Cu6Sn5向焊料中的溶解。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)向焊料中添加3wt.％的POSS分子時,接頭處IMC向焊料中的溶解率最低。
　　通過向SC基體焊料中添加Bi和Ni元素,研究了Bi和Ni元素對SC焊料合金的熔化特性、潤濕性能和微觀組織的影響;并通過對焊接接頭多次回流和等溫時效處理,分析了不同熱條件下Bi和Ni元素對IMC的微觀組織和剪切強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:3.5wt.％Bi元素的添加明