SnAgCu-Cu微焊點界面IMC演變及脆斷分析.pdf

1、隨著電子產(chǎn)業(yè)無鉛化進程的推進，Sn-Ag-Cu(SAC)系無鉛釬料備受關(guān)注。然而目前市場主流SAC釬料Ag含量較高（3wt％），導(dǎo)致其成本高，焊點的脆性較大。所以開發(fā)低銀無鉛釬料十分必要。本文以新型低銀SAC系釬料為研究載體，對低銀無鉛微焊點界面金屬間化合物(IMC)演變行為及微觀力學(xué)性能進行了研究。
　　 研究了SnAgCu/Cu微焊點界面反應(yīng)及IMC的演變行為。闡明了釬料中Ag、Cu元素及添加元素Bi、Ni等組分對界面IMC

2、形貌及結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律;分析界面IMC在不同回流焊工藝參數(shù)及高溫時效下的演變行為。結(jié)果表明:釬料中Ag含量較高時容易形成納米級Ag3Sn晶粒;低銀SAC-Bi-Ni/Cu焊點中Bi不參與焊點界面反應(yīng)，其界面IMC結(jié)構(gòu)主要受釬料中Cu、Ni元素含量影響形成Cu6Sn5和(Cu，Ni)6Sn5，其中(Cu，Ni)6Sn5晶粒尺寸較小;界面IMC晶粒在回流焊過程中的生長速率遠高于其在高溫時效過程中的生長速率;釬料中添加元素Bi、Ni對焊點抗高溫

3、時效性能具有積極的作用。
　　 分析了回流焊過程中微焊點界面的元素擴散通道，構(gòu)建了界面IMC的生長模型。回流焊過程中，晶界擴散為焊點界面的主要擴散方式;SAC/Cu焊點界面IMC晶粒的生長模式為包覆式生長和柱狀生長，而SAC(-Bi)-Ni/Cu焊點界面IMC晶粒的生長模式為柱狀生長和枝狀生長。
　　 通過對微焊點界面IMC在高溫時效過程中的演變行為進行分析，探討了高溫狀態(tài)下焊點界面的元素擴散通道，構(gòu)建了界面IMC在高溫

4、時效過程中的生長模型。高溫時效過程中，隨著界面IMC層厚度增厚及IMC晶粒尺寸的增長，體釬料與基板間元素擴散的主要方式由IMC晶界擴散逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镮MC晶粒體擴散。高溫時效過程中，界面IMC靠近體釬料一側(cè)不斷有新的晶粒形成并且存在IMC晶粒合并現(xiàn)象，擴散過程中大晶粒內(nèi)部形成較多孔洞，容易成為裂紋源。
　　 從微焊點體釬料與界面的等強度設(shè)計出發(fā)，對低銀SAC-Bi-Ni/Cu焊點體釬料與界面剪切強度匹配進行探討。通過對微焊點結(jié)構(gòu)的特

5、殊設(shè)計，實現(xiàn)了焊點體釬料與界面剪切強度的分別測試，并結(jié)合初步實驗與分析論證該方法的可行性。探討了釬料中元素Bi、Ni與焊點體釬料及界面剪切強度的關(guān)系及其對二者匹配性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:釬料中Bi、Ni元素的相對含量與SAC-Bi-Ni/Cu焊點界面與體釬料的剪切強度匹配性存在一定關(guān)系。當?shù)豌y釬料SAC-Bi-Ni釬料中Bi、Ni元素添加量比例接近35～40∶1時，焊點界面與體釬料的剪切強度匹配性最好。
　　 以目前市售高銀釬料