多場耦合條件下SnAgCu-Cu無鉛焊點界面化合物生長行為研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子器件及其封裝技術(shù)都進(jìn)入了一個向高密度、智能化、微型化發(fā)展的時代。電子產(chǎn)品在日常生活中以及航空、航天等高新技術(shù)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。迫于環(huán)保壓力的增加，無鉛化已成為電子產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。釬料和基板的選擇對焊接接頭的顯微組織有著一定的影響，而界面化合物（IMC）的生長變化是影響無鉛焊點可靠性的關(guān)鍵因素，因此研究無鉛焊點界面IMC生長變化規(guī)律十分重要。本實驗就是研究了 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu在不同的釬焊時

2、間下以及不同的服役條件下界面化合物的生長變化規(guī)律，為提高無鉛焊點的可靠性提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文研究了不同釬焊時間下Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊點界面金屬間化合物生長變化規(guī)律和剪切強(qiáng)度變化。結(jié)果表明：隨著釬焊時間增加，界面化合物平均厚度逐漸增加，且生長的時間指數(shù)為0.4，這是晶界擴(kuò)散和體擴(kuò)散共同作用的結(jié)果。釬焊60s內(nèi)界面化合物的生長速率較大，釬焊180s時，位于 Cu基板與 Cu6Sn5界面處出現(xiàn)一層 Cu3Sn；隨著

3、釬焊時間的增加，釬焊接頭的抗剪切強(qiáng)度先增加后降低，這與界面處脆硬相Cu6Sn5生長行為密切相關(guān)。基于自制的多場耦合裝置，利用準(zhǔn)原位與非原位觀察方法研究對比了30-150℃多場耦合條件下 Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面化合物的生長行為變化，可以看出：隨著熱循環(huán)周次的增加，界面 IMC厚度越來越厚，且界面化合物（IMC）的生長的形貌由扇貝狀轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝?；非原位觀察下，熱循環(huán)周次小于400周時，界面化合物的厚度增長較快，400周次后，界面化

4、合物厚度增長速度變慢；準(zhǔn)原位觀察下，熱循環(huán)周次小于200時，界面化合物厚度增長較慢，200周次后，界面化合物生長較快，400周次之后速率逐漸減緩。隨著熱循環(huán)周次的增加，試樣的剪切強(qiáng)度快速下降。循環(huán)初期斷口主要是以韌性斷裂為主，隨著熱循環(huán)周次增加有向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的趨勢。基于自制的多場耦合裝置，研究了準(zhǔn)原位方法觀察的30-125℃、30-150℃的多場耦合條件下Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面化合物的生長行為變化，可以看出：隨著熱循環(huán)周次

5、的增加，同一位置處界面化合物的厚度是逐漸增加的，且呈拋物線規(guī)律，生長受擴(kuò)散機(jī)制控制；循環(huán)初期界面化合物生長速率較慢，循環(huán)到200周次后，界面化合物的生長速率有所增加，400周次之后又有所降低；同時，在相同的熱循環(huán)周次下，30-150℃的多場耦合條件下界面化合物的生長厚度增長較快。界面化合物的生長具有三維性，單個扇貝狀的 Cu6Sn5在縱向方向上先降低后逐漸變大；在橫向方向上，隨著熱循環(huán)周次的增加，平均寬度一致增加。在垂直于試樣的界面上也

6、有相似的生長規(guī)律。基于自制的多場耦合裝置，研究了多場條件下Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊點界面化合物在1.0×103A/cm2電流密度下經(jīng)歷不同熱循環(huán)周次界面化合物的微觀形貌及厚度變化。結(jié)果表明：隨著熱循環(huán)周次增加，界面化合物平均厚度逐漸增加；在相同熱循環(huán)周次內(nèi)，低電流作用下陰陽極界面化合物生長的時間指數(shù)分別達(dá)到0.56和0.59，較無電流時快且 Cu6Sn5生長較明顯；相同實驗條件下，陽極界面處化合物生長速率較陰極快，這主要是元素擴(kuò)