低銀Sn-Ag-Cu無鉛釬料焊點(diǎn)熱可靠性研究.pdf

1、在世界范圍內(nèi),由于無鉛釬料的高成本和低可靠性限制了電子產(chǎn)品無鉛化的進(jìn)程，降低Sn-Ag-Cu無鉛釬料的銀含量，已成為電子封裝無鉛化的重要共識。因此，高性價高可靠性的低銀無鉛釬料及其焊點(diǎn)的研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。本文通過添加微量Ni和P元素，研制了低銀Sn-0.45Ag-0.68Cu-Ni-P（SAC-Ni-P）釬料，對釬料性能和焊點(diǎn)熱可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并分析了應(yīng)用于印制電路板（PCB）貼裝焊點(diǎn)的失效機(jī)理。
　　對低銀

2、SAC-Ni-P釬料的漫流性、潤濕性和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并與Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.7Cu和Sn-37Pb三種釬料進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：低銀SAC-Ni-P釬料具有良好的綜合性能，四種釬料漫流性和潤濕性大小值依次為 Sn-37Pb＞Sn-3.5Ag-0.6Cu＞低銀SAC-Ni-P＞Sn-0.7Cu；在力學(xué)性能方面，低銀SAC-Ni-P釬料的抗拉強(qiáng)度與Sn-3.5Ag-0.6Cu釬料接近，而延伸率是Sn-3.5Ag

3、-0.6Cu的1.89倍。
　　對Cu/低銀SAC-Ni-P/Cu對接焊點(diǎn)進(jìn)行了熱時效、熱沖擊和熱循環(huán)三種熱可靠性加速試驗(yàn)，結(jié)果表明：界面 IMC的生長速率主要受原子的擴(kuò)散速率所控制，隨著時效時間的增加，界面IMC厚度的增長符合拋物線規(guī)律，IMC形貌由細(xì)小的鋸齒狀向平緩的大波浪狀轉(zhuǎn)變；在75℃、100℃和150℃下，IMC的生長速率系數(shù)分別為0.61×10-14cm2/s，2.06×10-14cm2/s和4.83×10-14cm2

4、/s，其 IMC的生長激活能為33.75kJ/mol；焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度隨著時效時間的增加而降低，溫度越高，下降越快，由于第二相及基體組織的長大，其斷裂模式由韌性斷裂向局部脆性斷裂轉(zhuǎn)變。熱沖擊和熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果類似，隨著沖擊（循環(huán)）周期的增加，由于溫度和熱應(yīng)力的共同作用，使得界面 IMC厚度不斷增厚，其形貌由細(xì)小的鋸齒狀變?yōu)榇蟛ɡ藸睿粺釕?yīng)力會加速缺陷的聚集和長大，使裂紋萌生，導(dǎo)致隨著沖擊（循環(huán)）周期的增加，焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度呈拋物線降低，由于熱循環(huán)

5、周期較熱沖擊周期少，剪切強(qiáng)度下降沒有熱沖擊明顯，其斷裂模式由塑性斷裂向沿晶斷裂轉(zhuǎn)變。此外，通過對焊點(diǎn)施加一定的剪切載荷以模擬服役過程中的熱應(yīng)力，同時進(jìn)行了熱循環(huán)和熱沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)條件下，加載載荷對焊點(diǎn)顯微組織及 IMC厚度形貌等無明顯影響，但會使焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度進(jìn)一步降低。
　　利用ANSYS有限元模擬軟件研究PCB板貼裝焊點(diǎn)的失效機(jī)理，結(jié)果表明，PCB板貼裝焊點(diǎn)裂紋在元器件與Cu焊盤焊接界面處萌生，與有限元模擬焊點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)