激光釬焊工藝參數(shù)對釬焊界面反應(yīng)的影響.pdf

1、傳統(tǒng)Sn-Pb焊料因Pb為重金屬元素對人體和環(huán)境有不利影響，焊料無鉛化成為電子封裝行業(yè)的必然選擇。激光作為一種新型熱源，因具有加熱能量密度高，冷卻速度快，局部加熱熱應(yīng)力小，焊接時(shí)間短，輸出能量能得到精確控制等優(yōu)點(diǎn)受到人們越來越多的關(guān)注。焊接過程中，焊料與基板界面產(chǎn)生的金屬間化合物（IMC）的形貌及生長行為對焊點(diǎn)的可靠性產(chǎn)生非常重要的影響。因此，研究激光釬焊條件下，金屬間化合物的形貌特點(diǎn)及生長行為是一項(xiàng)非常重要且有實(shí)際意義的課題。

2、　　本文采用光纖激光器為熱源，通過改變激光釬焊工藝參數(shù)對成分為Sn，Sn-0.7Cu，Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料片與多晶銅基板進(jìn)行釬焊，尋找各種釬料的成形良好的激光釬焊工藝參數(shù)范圍。對釬焊后得到的樣品處理后利用SEM觀察手段對界面生長的產(chǎn)物進(jìn)行項(xiàng)面形貌和斷面形貌的觀察，研究在激光釬焊條件下，各種無鉛焊料焊料與Cu基板界面金屬間化合物生長規(guī)律及機(jī)制。主要結(jié)論如下：⑴在一定的激光掃描速率下，隨著激光輸出功率的增大，界

3、面Cu6Sn5的形貌依次會發(fā)生如下轉(zhuǎn)變:輸出功率較低時(shí)，晶粒形貌一般為典型頂面光滑的扇貝;增加激光輸出功率值，扇貝狀I(lǐng)MC發(fā)生向棱柱狀晶粒的轉(zhuǎn)變;進(jìn)一步增加輸出功率，出現(xiàn)底部緊密排列的，上部有凸起的Cu6Sn5晶粒;再次增加功率數(shù)值，發(fā)現(xiàn)界面處及釬料內(nèi)部都存在有大板片狀Cu6Sn5。⑵在一定的激光輸出功率下，改變激光掃描速率，界面Cu6Sn5形貌一般會經(jīng)歷如下的轉(zhuǎn)變:當(dāng)激光掃描速率較快時(shí)，Cu6Sn5晶粒一般呈現(xiàn)尺寸均勻細(xì)小的扇貝狀;當(dāng)

4、激光掃描速率有所放慢時(shí)，Cu6Sn5晶粒出現(xiàn)小平面特征，說明有向棱柱狀轉(zhuǎn)變的趨勢;當(dāng)掃描速率進(jìn)一步減小時(shí)，Cu6Sn5晶粒的形貌會發(fā)生扇貝狀向棱柱狀晶粒轉(zhuǎn)變，棱柱狀晶粒的尺寸隨著掃描速率的放慢而增大;隨著掃描速率的降低，棱柱狀晶粒被底部排列緊密，上部有凸起的晶粒替代，能量輸出增加即掃描速率再次降低時(shí)，出現(xiàn)板片狀Cu6Sn5。⑶在四種釬料體系生成的棱柱狀晶粒形貌之間也有所差別。Sn，Sn-0.7Cu與多晶Cu反應(yīng)界面生成的為兩個(gè)成一定角度

5、排列的平面的棱柱狀形貌Cu6Sn5，而Ag元素的加入使得生成界面產(chǎn)物Cu6Sn5形貌傾向于六棱柱狀。⑷使用Cu6Sn5頂面圖像進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)分析可知:在一定激光輸出功率下，隨著激光掃描速率的增加，單位積內(nèi)（1μm2）晶粒的個(gè)數(shù)均呈現(xiàn)增長的趨勢。其中含Ag釬料，即為Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu此項(xiàng)數(shù)值明顯高于含Cu釬料，即Sn-0.7Cu。⑸在本次實(shí)驗(yàn)條件下，在一定釬焊功率下，存在一個(gè)激光掃描速率最低臨界值及激光掃描速率

6、最高臨界值:當(dāng)激光掃描速率低于最低掃描速率臨界值焊點(diǎn)容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，反之當(dāng)激光掃描速率高于最高掃描速率臨界值時(shí)，焊點(diǎn)無法良好成形或無法形成具有一定連接強(qiáng)度的焊點(diǎn)。⑹釬焊某一種成分釬料時(shí)，激光掃描速率最高臨界值呈現(xiàn)隨激光輸出功率增大而增大的趨勢。⑺在一定功率下，四種釬料的形成良好焊點(diǎn)的激光掃描速率范圍情況如下:Sn-3.0Ag-0.5Cu的激光掃描速率范圍最寬，其次是Sn-3.5Ag其釬焊速率范圍接近或略小于前者，再次為Sn-0.7Cu