合金元素對(duì)二元Sn基釬料釬焊界面IMC的影響.pdf

1、由于鉛及含鉛化合物對(duì)人體和環(huán)境的危害和立法的需要，釬料無(wú)鉛化已成為電子封裝連接材料的發(fā)展趨勢(shì)。目前開發(fā)的無(wú)鉛釬料成分大多數(shù)以Sn為基，另外添加一些無(wú)毒、無(wú)揮發(fā)性元素如Ag、Zn、Cu、Bi、In等作為合金化的元素。而在無(wú)鉛釬料的應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了許多的問(wèn)題，其中一個(gè)典型的問(wèn)題就是由于Sn基無(wú)鉛釬料含Sn量高(含Sn90％以上)，釬料中的Sn與傳統(tǒng)的Cu基板快速反應(yīng)生成過(guò)厚的界面Cu-Sn金屬間化合物(IMC)。而過(guò)厚的Cu-Sn界面IMC

2、會(huì)降低釬焊后電子產(chǎn)品釬焊接頭的力學(xué)，金相學(xué)和熱疲勞性能，降低產(chǎn)品的使用壽命。因此如何降低界面IMC的厚度和提高界面IMC的性能就顯得非常的重要了。 研究表明合金元素的添加對(duì)Sn基無(wú)鉛釬料的釬焊接頭界面IMC層厚度及性能影響很大。為了方便討論合金元素對(duì)Sn基無(wú)鉛釬料的釬焊接頭界面金屬間化合物形成和特性影響，本論文采取在純Sn中分別添加Cu、Ag、Au、Ce等合金元素，在制備出Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Au、Sn-Ce二元無(wú)鉛釬

3、料基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了上述各合金元素對(duì)二元Sn基無(wú)鉛釬料與Cu、Ni基板釬焊后釬焊接頭界面金屬間化合物形成、組織結(jié)構(gòu)、形貌及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響。研究結(jié)果表明： 1、Cu、Ag、Au、稀土元素Ce的添加能抑制釬焊接頭界面IMC厚度，并影響界面IMC的形貌。與Cu板釬焊時(shí)，抑制作用由大到小依次為Ag、Cu、Ce和Au；而與Ni板釬焊時(shí)，抑制作用由大到小依次為Ag、Ce、Au和Cu。 2、Sn-xCu與Ni板釬焊時(shí)，界面IMC的成分

4、和形貌均發(fā)生了顯著變化。當(dāng)Cu濃度小于0.3wt.％時(shí)在界面處形成了連續(xù)的(CuxNi1-x)3Sn4IMC。當(dāng)Cu含量為0.7wt.％時(shí)，在(CuxNi1-x)3Sn4IMC上發(fā)現(xiàn)了體積相對(duì)大的多面體(CuxNi1-x)6Sn5IMC。而在高Cu含量(0.9-1.5wt.％)時(shí)，只發(fā)現(xiàn)單一的棒狀(CuxNi1-x)6Sn5IMC。(Ni1-xCux)6Sn5IMC的生長(zhǎng)速率由Cu6Sn5的數(shù)量或者體積分?jǐn)?shù)決定，所以在不同的釬焊條件和方

5、法下，Sn-xCu釬料與Ni基板釬焊時(shí)化合物由(CuxNi1-x)3Sn4轉(zhuǎn)化為(CuxNi1-x)6Sn5的Cu含量的門檻值將不同。 3、Sn-3.5Ag與Cu板在260℃，280℃和400℃釬焊時(shí)，在Cu6Sn5IMC的表面吸附了許多Ag3Sn粒子。釬焊溫度和時(shí)間對(duì)吸附的Ag3Sn粒子的大小影響非常大。在低溫下(260℃，280℃)釬焊時(shí)，隨著釬焊時(shí)間的增加Ag3Sn粒子的平均尺寸減小。而在高溫下釬焊時(shí)，隨著釬焊時(shí)間的增加A