Sn-Zn-Cu（Ni）無(wú)鉛釬料及其釬焊接頭界面反應(yīng)研究.pdf

1、釬料無(wú)鉛化已成為電子封裝領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì)。Sn-Zn釬料成本較低、熔點(diǎn)與Sn-Pb(183℃)接近以及力學(xué)性能優(yōu)異而逐漸成為無(wú)鉛釬料的有利競(jìng)爭(zhēng)者之一，但Sn-Zn釬料潤(rùn)濕性差，Zn易氧化和抗腐蝕性差等缺點(diǎn)是此釬料在廣泛應(yīng)用前需要解決的問(wèn)題。 在前期研究中發(fā)現(xiàn)Sn-9Zn合金中加入2﹪的Cu元素時(shí)，能夠有效減少Zn的氧化，從而得到綜合性能較為理想的無(wú)鉛合金。本論文在前期研究基礎(chǔ)上，將釬料中Cu的含量固定在2﹪，探索了Zn含量的變化

2、對(duì)釬料熔化行為、基體微觀組織的影響，以及與Cu基板在250℃釬焊時(shí)的界面反應(yīng)。由于Ni元素和Cu元素有相似的晶格點(diǎn)陣，同時(shí)在實(shí)際的封裝中，Ni為常用的基板鍍層，在釬焊及以后的服役條件下，微量的Ni元素會(huì)逐漸擴(kuò)散到釬料中。因此在本論文同樣也研究了(Sn-9Zn)-xNi無(wú)鉛釬料合金的組織、熔化行為、潤(rùn)濕性及釬焊接頭的剪切強(qiáng)度等。 基于上述研究，獲得如下主要結(jié)果： 1、Sn-xZn-2Cu(x=6.5、8.8、10、12)基

3、體中均含有Cu5Zn8一種金屬間化合物(IMC)。Sn-6.5Zn-2Cu、Sn-8.8Zn-2Cu、Sn-10Zn-2Cu的熔點(diǎn)分別為220.67℃、220.33℃和218.84℃，相差不大。Sn-12Zn-2Cu只有一個(gè)吸熱峰，為205.95℃。 2、Sn-xZn-2Cu的擴(kuò)展率和潤(rùn)濕面積都隨著Zn含量的增加而依次減小，但其與Cu基板在250℃下釬焊后的接頭剪切強(qiáng)度相差不大，均在20～25Mpa之間。釬焊接頭在70℃和120

4、℃下進(jìn)行時(shí)效，時(shí)效48h內(nèi)，接頭剪切強(qiáng)度急劇下降，之后隨時(shí)效時(shí)間的增加，剪切強(qiáng)度略有降低。 3、250℃下釬焊后，在Sn-8.8Zn-2Cu/Cu、Sn-10Zn-2Cu/Cu和Sn-12Zn-2Cu/Cu界面均形成平直的Cu5Zn8IMC層，而Sn-6.5Zn-2Cu/Cu接頭在釬焊初期界面只有Cu5Zn8，當(dāng)釬焊時(shí)間達(dá)到25h后，界面IMC層已轉(zhuǎn)變?yōu)镃uZn和Cu6Sn5兩層結(jié)構(gòu)。在相同的釬焊時(shí)間下，Sn-xZn-2Cu/C

5、u界面IMC層厚度隨Zn含量的增加而逐漸變厚。釬焊接頭在120℃下時(shí)效過(guò)程中，界面IMC層的生長(zhǎng)受擴(kuò)散機(jī)制控制。 4、Ni元素的添加對(duì)Sn-9Zn釬料的熔點(diǎn)影響不大，但使其熔程變大。隨釬料中Ni含量的增加，Sn-9Zn-xNi(x=0、0.10.5、1)釬料在Cu基板上在250℃下釬焊后的潤(rùn)濕角變小，擴(kuò)展率變大。(Sn-9Zn)-xNi與Cu基板釬焊后，其接頭界面IMC均為Cu5Zn8。(Sn-9Zn)-xNi/Cu釬焊接頭的剪