Sn基釬料-Cu釬焊保溫階段界面IMC生長(zhǎng)行為研究.pdf

1、在電子封裝工藝流程中，Sn基釬料釬焊是最重要的連接工藝技術(shù)，釬焊過程中界面反應(yīng)生成合適的金屬間化合物（Intermetallic Compound，IMC）層是保證焊點(diǎn)高可靠性的核心。在經(jīng)典界面反應(yīng)模型中研究者將釬焊作為一個(gè)連續(xù)的過程，得到界面 IMC為同一種形貌，即認(rèn)為在釬焊過程中 IMC為相同的生長(zhǎng)行為。但是經(jīng)典模型與實(shí)際的試驗(yàn)現(xiàn)象存在出入之處，同時(shí)對(duì)一些情況無法做出合理的解釋。目前研究表明，釬焊界面 IMC在保溫階段和冷卻階段是具

2、有不同的生長(zhǎng)行為，這與經(jīng)典模型是不同的。因此為了深入對(duì)界面 IMC生長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)，本實(shí)驗(yàn)將釬焊過程不同階段進(jìn)行區(qū)分。由于保溫階段IMC生長(zhǎng)是冷卻階段生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，因此本文對(duì)保溫階段IMC生長(zhǎng)行為進(jìn)行深入研究。
　　本研究中，選用純Sn、Sn-0.5Cu、Sn-0.7Cu釬料合金小球與Cu基板分別在250°C、275°C、300°C三個(gè)不同的釬焊溫度下釬焊10 s、30 s、60 s、90 s、120 s后，利用高壓空氣吹掃技術(shù)將釬焊界面

3、處未反應(yīng)的液態(tài)釬料瞬間清除，即獲得保溫階段界面反應(yīng)的IMC形貌。本試驗(yàn)重點(diǎn)分析和討論Sn-xCu/Cu釬焊保溫階段界面IMC的形貌演變以及動(dòng)力學(xué)機(jī)制，同時(shí)對(duì)于釬料中Cu元素含量變化對(duì)于界面反應(yīng)的影響進(jìn)行研究；除此之外對(duì)于Sn基含Ag釬料界面反應(yīng)機(jī)制也進(jìn)行了探討，試驗(yàn)分別選取Sn-1.0Ag、Sn-3.0Ag釬料合金，探究Ag元素對(duì)于釬焊界面反應(yīng)的影響以及Ag3Sn和Cu6Sn5晶粒生長(zhǎng)規(guī)律。通過研究分別得到以下結(jié)論：
　?。?）在

4、釬焊保溫階段，Sn/Cu、Sn-0.7Cu/Cu釬焊界面Cu6Sn5晶粒始終呈現(xiàn)出扇貝狀或胞狀形貌；Sn-0.5Cu/Cu界面IMC形貌由扇貝狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橘橘霠?，晶粒更加扁平?br>　　（2）在釬焊保溫階段Sn-xCu/Cu界面IMC的生長(zhǎng)符合n=1/3關(guān)系，說明此時(shí)界面IMC的生長(zhǎng)主要受晶界擴(kuò)散控制。
　?。?） Sn-1.0Ag、Sn-3.0Ag與Cu基板釬焊反應(yīng)保溫階段，Ag3Sn隨著釬焊時(shí)間延長(zhǎng)一直保持顆粒狀，尺寸較小數(shù)

5、量逐漸增多；釬焊溫度對(duì)于界面 Ag3Sn的生長(zhǎng)影響不大；Cu6Sn5晶粒逐漸由扇貝狀轉(zhuǎn)變?yōu)橘橘霠睿叽缰饾u增加。
　?。?） Ag3Sn分布于Cu6Sn5晶粒不同位置。在釬焊初始階段，Ag3Sn分布于Cu6Sn5晶粒的根部縫隙間；隨著釬焊時(shí)間延長(zhǎng)，Ag3Sn會(huì)彌散分布于Cu6Sn5晶粒的表面，或嵌入Cu6Sn5晶粒中生長(zhǎng)。
　　（5） Sn-1.0Ag/Cu、Sn-3.0Ag/Cu在整個(gè)釬焊保溫階段界面IMC生長(zhǎng)符合n=1/