Sn-Ag-Zn焊料及其連接界面組織形成規(guī)律.pdf

1、微電子封裝工藝中，起到熱、電和機(jī)械連接作用的無鉛焊料焊點(diǎn)組織中金屬間化合物的形態(tài)和分布直接影響著該合金的連接性能。同時(shí)連接界面處金屬間化合物的成分及形貌也密切影響著焊點(diǎn)在服役過程的可靠性。因此，展開對于無鉛焊料基體內(nèi)部金屬間化合物的形成和連接界面處金屬間化合物的析出的研究具有相當(dāng)重要的意義。本文以Sn-3.7wt.％Ag合金基準(zhǔn)，通過向其中添加不同含量的Zn，系統(tǒng)研究了Sn-3.7Ag-xZn平衡凝固過程中金屬間化合物的析出規(guī)律。結(jié)合顯

2、微組織觀察和差熱分析，從凝固過程兩相競爭生長的角度揭示了塊狀金屬間化合物的形成機(jī)理：在此基礎(chǔ)上，對于Sn-Ag-Zn基無鉛焊料和Cu基板的連接界面進(jìn)行了初步研究；最終揭示Zn的加入對于焊料內(nèi)部以及焊料和Cu基板連接界面處金屬間化合物形成和演化的影響。 通過改變Zn含量，系統(tǒng)地研究了平衡凝固條件下Sn-3.7Ag-xZn合金組織中相的形成和金屬間化合物的析出規(guī)律。研究結(jié)果表明：Zn的加入，促進(jìn)了Ag-Zn金屬間化合物的形成，抑制了

3、Ag3Sn的析出。當(dāng)Zn含量達(dá)到3wt.％時(shí)，Ag3Sn已經(jīng)完全消失，組織中只有AgZn和Ag5Zn8兩種金屬間化合物。過共晶合金熔體中的共晶AgZn相(或Ag5Zn8相、Ag3Sn相)因與先析出AgZn相(或Ag5Zn8相、Ag3Sn相)有共同的晶體結(jié)構(gòu)，會在小過冷度下依附于后者生長并成為塊狀A(yù)gZn(或Ag5Zn8相、Ag3Sn相)相。 對于Sn-Ag-xZn和Cu基板連接界面的研究表明：Zn含量的變化，對界面處的金屬間化合

4、物的析出產(chǎn)生了顯著影響。隨著Zn含量的提高，界面首先由單層的Cu6Sn5結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镃u5Zn8和Cu6Sn5的雙層結(jié)構(gòu)。隨著Zn含量的進(jìn)一步增加，Cu6Sn5則完全消失，界面處只形成了一層Cu5Zn8。且由于Zn的加入降低了Cu在液態(tài)焊料中的溶解度，加快了金屬間化合物的形成速度，因此，隨著Zn含量的增加，界面處金屬間化合物層的厚度逐漸增加。 最后，對Sn-3.7Ag-0.9Zn-1In和Cu基板連接界面作了初步探索。連接界面的形

5、成可分為三個(gè)階段：在焊接初期，由于富Zn區(qū)的存在，會在界面處形成Cu5Zn8層和Cu6Sn5層夾雜過渡中間焊料層的結(jié)構(gòu)；焊接中期，Cu5Zn8層和Cu6Sn5層都要向中間的過渡焊料層生長，特別是Cu5Zn8層；焊接末期，Cu5Zn8層迅速分解，Cu6Sn5層迅速生長，此時(shí)，中間過渡焊料層消失。在焊接過程中，In并沒有參加界面反應(yīng)，但是In的加入使富Zn區(qū)的形成位置更加遠(yuǎn)離Cu基板，導(dǎo)致焊接初期在界面處形成Cu5Zn8層和Cu6Sn5層夾