錫銅焊料凝固過程Cu6Sn5生長行為及調(diào)控研究.pdf

1、最近數(shù)十年，隨著世界發(fā)達國家在電子封裝工業(yè)領(lǐng)域全面禁止有鉛焊料的生產(chǎn)及使用，無鉛焊料的研究得到了前所未有的發(fā)展。到目前為止，在眾多的有鉛焊料替代品中，Sn-Cu基無鉛焊料因其優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)性能和價格優(yōu)勢，被認為是最具潛力的有鉛焊料替代品。然而，在無鉛焊料焊接過程中，金屬間化合物(IMCs)通常會在焊接界面形成。這些IMCs具有特殊的微觀結(jié)構(gòu)且表現(xiàn)出較強的脆性，而在服役過程中，電流的作用會使其更脆且極易失效斷裂。因此，通過添加微量元素來

2、改變合金焊料中IMCs的微觀形貌及組織，從而提高其機械、電學(xué)性能顯得尤為重要。
　　本研究通過添加微量元素(La、Al和Zn等)來改變Sn-6.5Cu合金焊料中IMCs的微觀形貌，并利用北京同步輻射光源(BSRF)和上海同步輻射光源(SSRF)等主要檢測手段，原位實時地觀察到在直流電場作用下，Sn-6.5Cu、Sn-6.5Cu-0.06La、Sn-6.5Cu-0.2Al和Sn-6.5Cu-0.5Zn四種合金在凝固過程中IMCs的動

3、態(tài)生長過程。同步輻射實驗成功地捕獲了一系列豐富的IMCs的生長行為動態(tài)圖像，同時掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)展示了IMCs的形貌，證實了IMCs為Cu6Sn5金屬間化合物。
　　同步輻射成像結(jié)果表明:(1) Sn-6.5Cu在凝固過程中，Cu6Sn5主要表現(xiàn)出I形、Y形和鳥形等形狀。在施加100 A/cm2的直流電場后，Cu6Sn5的平均尺寸減小且生長速度增加。(2)添加0.06％的稀土La，Cu6Sn5同樣表現(xiàn)為I

4、形、Y形和鳥形等形狀，且其微觀組織得到了一定程度的細化，同時Y形Cu6Sn5的生長取向發(fā)生改變，即從30°，165°，165°變?yōu)?0°，150°，150°。(3)添加0.2％的Al，Cu6Sn5主要表現(xiàn)出X形、Y形和鳥形等形狀。同時，Al對Cu6Sn5的微觀組織有一定的細化作用。當施加10 A/cm2的直流電場后，Cu6Sn5的生長速度和平均尺寸均有所增加，而施加100 A/cm2的直流電場后，二者均相對減小但仍高于未施加電場時的數(shù)據(jù)

5、。(4)添加0.5％的Zn，Cu6Sn5主要表現(xiàn)出I形和Y形貌，Cu6Sn5生長速度減慢且得到了細化。另外，施加直流電場后，Cu6Sn5有一定程度粗化且周圍出現(xiàn)不規(guī)則帶狀附著物。
　　本文原位、實時地觀察了Sn-Cu基無鉛焊料凝固過程中，金屬間化合物Cu6Sn5的生長演變過程，定量地分析了微量La、Al和Zn元素對Cu6Sn5生長行為的影響并解釋了其機理，為進一步完善無鉛焊料焊接凝固過程Cu6Sn5的生長行為及形成機理提供了直接的