無(wú)鉛釬料接頭界面化合物層生長(zhǎng)及元素?cái)U(kuò)散行為.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向微、薄、輕方向發(fā)展,電子器件的I/O端口數(shù)不斷增多,焊點(diǎn)體積不斷減小,焊點(diǎn)的可靠性越來(lái)越受到人們的關(guān)注.焊點(diǎn)的可靠性主要取決于其界面行為.因此釬焊過(guò)程和服役過(guò)程中界面的反應(yīng)、擴(kuò)散以及界面的微觀組織對(duì)當(dāng)前無(wú)鉛釬料可靠性研究具有重大意義.該文采用Sn-3.5Ag/Cu,Sn-37Pb/Cu,Sn-9Zn-3Bi/Cu和Sn-3.5Ag/Ni/Cu四種釬焊接頭研究其在釬焊過(guò)程和時(shí)效過(guò)程中界面化合物層的生長(zhǎng)行為及元素?cái)U(kuò)散行為

2、,研究結(jié)果表明:(1)對(duì)于Sn-3.5Ag/Cu,Sn-37Pb/Cu釬焊接頭,釬焊后的界面化合物呈扇形形貌.在Sn-3.5Ag/Cu界面化合物的表面上發(fā)現(xiàn)有納米級(jí)的Ag<,3>Sn顆粒.在釬焊過(guò)程中Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面Cu-Sn化合物層厚度隨釬焊時(shí)間的增加而增加.實(shí)際上,在化合物層的生長(zhǎng)過(guò)程中同時(shí)也伴隨著溶解過(guò)程,由于其生長(zhǎng)速度大于溶解速度,化合物層厚度隨釬焊時(shí)間的增加而增加.并且發(fā)現(xiàn)Sn-3.5Ag/Cu

3、在釬焊過(guò)程中所形成的IMC厚度比Sn-37Pb的薄,主要原因是Sn-3.5Ag/Cu界面IMC向液態(tài)釬料中的溶解大于Sn-37Pb/Cu的.在時(shí)效過(guò)程中Sn-3.5Ag/Cu和Sn-37Pb/Cu界面化合物層厚度與時(shí)效時(shí)間的平方根成正比,可用方程d=d<,0>+Kt來(lái)表示.通過(guò)計(jì)算,Sn-3.5Ag/Cu界面整個(gè)IMC和Cu<,6>Sn<,5>化合物的激活能分別為75.16 kJ/mol,58.59 kJ/mol;Sn-37Pb/Cu界

4、面整個(gè)IMC和Cu<,6>Sn<,5>化合物的激活能分別為82.19kJ/mol,73.11kJ/mol.(2)對(duì)于Sn-3.5Ag/Ni/Cu,釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu).在界面IMC上同樣發(fā)現(xiàn)有納米級(jí)Ag<,3>Sn顆粒.釬焊過(guò)程中界面化合物層生長(zhǎng)符合t<'1/6>規(guī)律.界面IMC在時(shí)效過(guò)程中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)符合x(chóng)=(Kt)<'1/2>關(guān)系.在釬焊及時(shí)效過(guò)程中界面化合物主要是Ni3Sn4化合物,說(shuō)明電鍍Ni層能很好的抑制Sn-3.

5、5Ag/Cu焊點(diǎn)中Cu,Sn相互反應(yīng)和擴(kuò)散.通過(guò)計(jì)算,Sn-3.5Ag/Ni/Cu界面化合物的擴(kuò)散激活能為132.404KJ/mol,比Cu<,6>Sn<,5>的激活能(58.95 KJ/mol)大得多,表明Ni<,3>Sn<,4>的生長(zhǎng)速度在低溫時(shí)效時(shí)比Cu<,6>Sn<,5>的慢,而在高溫時(shí)效時(shí)比Cu<,6>Sn<,5>的快.(3)對(duì)于Sn-9Zn-3Bi/Cu,釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu).釬焊過(guò)程中界面化合物層生長(zhǎng)符合t<'