Ce變質(zhì)Sn-Ag-Zn共晶合金組織及其連接界面形成規(guī)律.pdf

1、在現(xiàn)代微電子封裝工業(yè)中，無鉛焊料需要承擔(dān)電子元器件服役時(shí)的電、熱和機(jī)械力學(xué)載荷，其組織形貌和演化規(guī)律極大地影響著焊點(diǎn)的連接性能。而連接可靠性也同樣是封裝工業(yè)中急需解決的一個(gè)難題。在焊點(diǎn)中，連接界面層上生成的金屬間化合物的類型、形貌和分布直接影響焊點(diǎn)的可靠性。因此，通過添加微量組元來控制合金中金屬間化合物的析出和界面層的長大是一個(gè)需要進(jìn)一步深入研究的領(lǐng)域。本文選擇Sn-3.7Ag-0.9Zn共晶合金作為基體，通過加入稀土Ce變質(zhì)來細(xì)化晶粒

2、，控制金屬間化合物顆粒的長大，改善合金的力學(xué)性能；并在此基礎(chǔ)上，對(duì)Ce加入后與Cu和Ni/Cu基板的連接界面反應(yīng)進(jìn)行了研究，揭示界面層金屬間化合物形成和生長規(guī)律。
　　 本文研究了不同Ce含量對(duì)Sn-3.7Ag-0.9Zn合金平衡態(tài)和快冷組織的影響。研究結(jié)果表明，Ce具有親Sn性，與Sn原子間具有強(qiáng)烈的吸附作用，從而使β-Sn相不需要大的過冷度就能夠析出，細(xì)化β-Sn相：組織中β-Sn相的析出使合金內(nèi)成分發(fā)生轉(zhuǎn)變，抑制了金屬間化

3、合物Ag3Sn相的生成，促進(jìn)了金屬間化合物AgZn相的長大；上述轉(zhuǎn)變顯著提高了合金的性能。
　　 在快冷組織中有大量的金屬間化合物CeSn3相析出，它一方面影響著合金組織形成和力學(xué)性能，另一方面，其自身容易與大氣環(huán)境中的氧發(fā)生反應(yīng)，形成氧化物，導(dǎo)致了錫須的大量出現(xiàn)，影響合金服役過程的可靠性。高溫時(shí)效模擬合金服役過程組織演化。結(jié)果表明：稀土Ce的加入可抑制合金時(shí)效過程組織過度長大。在平衡組織中相發(fā)生長大并最終破裂分解。而在快冷組織

4、中，組織持續(xù)長大。
　　 最后對(duì)Sn-3.7Ag-0.9Zn-0.1Ce合金與Cu和Ni/Cu基板間的界面反應(yīng)進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，與Cu基板反應(yīng)的初期能夠生成具有兩層結(jié)構(gòu)的界面層；焊接初期由于Ce的影響，Ag元素在界面層邊緣析出形成富集層。在后期，界面層轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏慕饘匍g化合物Cu6Sn5相層。與Ni/Cu基板反應(yīng)生成兩層結(jié)構(gòu)，上層含Ni量高，阻礙了界面反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，下層為固溶部分Ni原子的金屬間化合物Cu6Sn5相層。焊點(diǎn)