鋅對錫鉍無鉛焊料界面反應(yīng)及電遷移可靠性的影響.pdf

1、無鉛焊料可以消除傳統(tǒng)錫鉛焊料中鉛對人體和環(huán)境的危害，所以無鉛焊料應(yīng)該會在不久的將來得到廣泛的應(yīng)用。錫鉍合金因?yàn)榫哂休^低的共晶熔點(diǎn)(139℃)、良好的潤濕性和機(jī)械性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而獲得了眾多研究人員的青睞。本文采用界面反應(yīng)和電遷移的實(shí)驗(yàn)手段，研究了Zn對Sn-Bi與Cu界面反應(yīng)生成的金屬間化合物種類、生長規(guī)律、激活能、擴(kuò)散速率和電遷移可靠性的影響。
　　基于界面反應(yīng)獲得的數(shù)據(jù)，我們得到了Cu5Zn8的激活能(35.341kJ/mol)

2、。在含Zn焊料中Cu5Zn8將會取代Cu6Sn5成為界面反應(yīng)的產(chǎn)物。Cu5Zn8生長過程的時(shí)間指數(shù)n=1/2，其生長過程屬于擴(kuò)散控制類型。Zn原子的擴(kuò)散速率DZn隨溫度的升高而變大，但其增幅逐漸變小。
　　通過對比電流加載前后Sn-Bi和摻Zn的Sn-Bi表面形貌的變化，我們得出了Zn對Sn-Bi電遷移可靠性的影響。主要得出以下三條結(jié)論：
　　(1)在加載電流之后，Sn-Bi與Cu基底界面處的晶粒會首先出現(xiàn)轉(zhuǎn)動以釋放由熱膨脹

3、引起的應(yīng)力。隨著電流加載時(shí)間的延長，焊料內(nèi)部的晶粒也逐漸開始轉(zhuǎn)動，最終焊點(diǎn)內(nèi)部的晶粒將全部發(fā)生轉(zhuǎn)動。但是由于電遷移的影響，陰極晶粒轉(zhuǎn)動的幅度明顯大于陽極。在摻Zn的Sn-Bi中，Sn和Bi的晶粒尺寸明顯增大，而且在電流加載后，焊料中的晶粒沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動。所以，熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力通過焊料表面的高低起伏得以釋放。
　　(2)在電遷移的過程中，兩種焊料與Cu基底的界面處都生成了形貌不規(guī)則的金屬間化合物。在Sn-Bi中，由于沒有足夠的空間來

4、容納反應(yīng)產(chǎn)物以致Cu6Sn5被擠出焊料平面；而在摻Zn的Sn-Bi中，因?yàn)镃u5Zn8具有相對于Cu和Zn較大的摩爾體積，所以新生成的Cu5Zn8層表面不平整。
　　(3)在Sn-Bi焊點(diǎn)中，界面反應(yīng)和電遷移可以共同導(dǎo)致Bi在界面處富集。Cu-Sn界面反應(yīng)對Sn的選擇性消耗造成Bi在界面處出現(xiàn)偏析。而在電遷移的作用下，Bi原子的遷移速度較高，所以電遷移也可以導(dǎo)致Bi層在陽極出現(xiàn)。在含Zn的Sn-Bi焊料中，Bi依然積聚在陽極。但是