快速凝固無鉛釬料的研究.pdf

1、近年來，隨著電子封裝工業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對于環(huán)境和健康方面的更高要求，開發(fā)作為替代共晶Sn-Pb釬料的無鉛釬料合金已經(jīng)成為電子封裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。至今為止，沒有任何一種無鉛釬料的性能能夠超越Sn-Pb釬料在微電子封裝中的地位，無鉛釬料的焊接性能和焊點(diǎn)可靠性方面與Sn-Pb釬料還相差很大。因此，發(fā)展新型無鉛釬料合金，以提高釬料的性能和焊接性能，從而提高其焊點(diǎn)的可靠性是一項(xiàng)非常重要的課題。
　　本文以單輥急冷技術(shù)制備的快速凝固Sn-

2、0.7Cu以及Sn-3.5Ag無鉛釬料為研究對象，通過與普通凝固的Sn-0.7Cu和Sn-3.5Ag無鉛釬料進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的研究了快速凝固無鉛釬料的潤濕性、熔化溫度區(qū)間、微觀組織等物理性能以及在不同的釬焊時(shí)間、不同的釬焊保溫時(shí)間以及不同的冷卻方式下釬焊接頭金屬間化合物(IMCs)的生長行為，對快速凝固無鉛釬料進(jìn)行了深入研究，獲得了一系列研究結(jié)果，可望為發(fā)展新型、可在電子封裝行業(yè)應(yīng)用的快速凝固無鉛釬料提供有價(jià)值的參考。
　　本研

3、究主要結(jié)論如下：⑴與相對應(yīng)的普通凝固釬料相比，快速凝固Sn-0.7Cu和快速凝固Sn-3.5Ag釬料的微觀組織中元素分布更均勻，并且基體中β-Sn的含量增多。⑵與相對應(yīng)的普通凝固釬料相比，快速凝固Sn-0.7Cu和快速凝固Sn-3.5Ag釬料的潤濕性提高，熔化區(qū)間減小，熔化速度更快，具有“瞬間熔化”特性，適合于短時(shí)釬焊。⑶在釬焊溫度為250℃下的短時(shí)釬焊時(shí)間為3s、5s、10s和15s，冷卻方式為空冷時(shí)，快速凝固Sn-0.7Cu釬料中形

4、成的Cu6Sn5 IMCs形貌隨著釬焊時(shí)間的延長，由小面狀向扇貝狀轉(zhuǎn)變;而普通凝固Sn-0.7Cu釬料中則完全為普通的扇貝狀形貌。⑷在250℃的回流焊中，在不同的回流保溫時(shí)間（20s、60s和300s）以及不同的冷卻方式（爐冷、空冷和水冷）下，快速凝固Sn-0.7Cu釬料與Cu基板形成Cu6Sn5 IMCs的厚度均比普通凝固釬料中的厚。因此，不論采用何種冷卻方式，快速凝固Sn-0.7Cu釬料均不適合進(jìn)行長時(shí)間回流焊。⑸在釬焊溫度為250

5、℃下的短時(shí)釬焊時(shí)間為3s、5s、10s和15s，冷卻方式為空冷時(shí)，由于快速凝固釬料的“瞬間熔化”特性，快速凝固Sn-3.5Ag釬料與Cu基板反應(yīng)生成的IMCs的厚度稍大于普通凝固Sn-3.5Ag釬料。⑹在釬焊溫度為250℃下的短時(shí)釬焊時(shí)間為3s，冷卻方式為爐冷、空冷、水冷時(shí)，快速凝固Sn-3.5Ag釬料中Cu6Sn5化合物表面吸附的納米Ag3Sn顆粒數(shù)量均比普通凝固Sn-3.5Ag釬料中的多，并且分布位置廣泛，在隨后的時(shí)效過程中更大程度