兩種Sn基無鉛焊料的焊點界面反應(yīng)及擴散行為研究.pdf

1、Sn基無鉛焊料在應(yīng)用過程中的一個典型問題是因含Sn量高達90％以上所致的Sn與Cu基板的快速界面反應(yīng)而生成過厚的Cu-Sn金屬間化合物(IMC)，過厚的IMC會劣化焊點機械和熱疲勞性能，降低電子產(chǎn)品的可靠性。 本文以新型Sn-0.4Co-0.7Cu焊料和商業(yè)化Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料作為研究對象，以自主研制的實驗室焊點制備平臺模擬實際生產(chǎn)的回流焊點，藉單軸拉伸試驗、SEM/EDS和XRD分析等，通過對焊點在85℃、120

2、℃、150℃三種溫度下分別時效0h，24h，168h，500h，1000h的焊點的界面拉伸強度、IMC的成分和結(jié)構(gòu)、IMC的厚度以及其生長動力學(xué)等的研究，為Sn-0.4Co-0.7Cu焊料的開發(fā)應(yīng)用和無鉛焊點可靠性設(shè)計提供實驗依據(jù)，得出如下成果： 自主研制的實驗室焊點制備平臺不僅可獲得不同尺寸的焊點，而且可顯著降低實驗室研究的成本。 總體而言，同等時效條件下Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu焊點的拉伸性能略優(yōu)于Cu

3、/Sn-0.4Co-0.7Cu/Cu焊點。相同溫度時，兩種焊點的抗拉強度都隨時效時間的延長而呈指數(shù)關(guān)系下降，且塑性變形能力逐漸降低；相同時效時間條件下，時效溫度的升高會導(dǎo)致兩種焊點的抗拉強度呈線性關(guān)系下降，但下降速率趨緩。時效溫度升高和時效時間延長導(dǎo)致焊點的起裂點由Soldcr/IMC界面向IMC/IMC界面轉(zhuǎn)移，斷裂機理從以韌性斷裂為主發(fā)展為完全的脆性斷裂模式。 釬焊過程中Solder/Cu界面形成的IMC的生長受反應(yīng)擴散的控

4、制，生長速度較快；隨時效時間延長，IMC層厚度不斷增加，其生長過程逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭芫Ы鐢U散和體擴散控制，生長速度變慢。 在150℃高溫時效條件下Sn-3.0Ag-0.5Cu焊點界面IMC分層明顯，且離散分布著Kirkendall孔洞，500小時時效后的半焊點結(jié)構(gòu)為Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Solder；Sn-0.4Co-0.7Cu的半焊點結(jié)構(gòu)為Cu/Cu6Sn5/Solder，無明顯分層，基體內(nèi)的IMC主要為三元(Co，Cu)