Sn-18Bi-xCu无铅钎料性能及其焊点界面行为研究

发布时间：2020-03-02 03:26

【摘要】：在世界范围内,传统的Sn-Pb钎料由于其对健康和环境的不利影响已逐渐被新型无铅钎料所取代。工业生产中需求的是成本低、质量高的无铅钎料,Sn-Bi系钎料作为一种低熔点钎料在低温封装领域有着广阔的应用前景和市场价值。但是Bi性质脆弱,使得Sn-Bi系钎料表现出脆性大、塑性差的特点,影响焊接接头性能。同时,界面金属间化合物(IMC)的过度生长也会严重缩短微电子产品的使用寿命。采用合金化的方法,在Sn-18Bi钎料中添加第三组元Cu制备新型Sn-18Bi-xCu低温无铅钎料(Sn-18Bi,Sn-18Bi-0.3Cu,Sn-18Bi-0.5Cu,Sn-18Bi-1.0Cu)。重点探究了母材成分为Cu时焊点界面的微观组织、界面IMC的生长、焊点的抗剪强度、断裂面微观组织,探究Cu的添加对焊点长期稳定性的影响机理。研究表明:添加Cu能够细化富Bi相,富Bi相以细小弥散的形式存在于钎料基体中,降低钎料合金的熔化温度。Sn-18Bi-xCu钎料的润湿性变差主要表现在铺展面积随着Cu含量的增大而逐渐变小。对于合金本身,添加Cu能够提高合金的抗拉强度,这主要是由于在合金基体中棒状Cu6Sn5金属间化合物起到的钉扎强化作用。钎料中Cu含量越高焊点的抗剪强度越大,在等温时效过程中,强度值不断降低。对于Sn-18Bi-xCu/Cu焊点时效一段时间后发现,Sn-18Bi-1.0Cu/Cu界面IMC的生长激活能最大,因此在同等条件下其焊点界面IMC层最薄。在此基础上继续研究了在紫铜表面化学镀Ni-P以及在紫铜表面电镀Co-P这两种不同的母材与优化后所选钎料(Sn-18Bi-0.5Cu)的界面反应。Sn-18Bi-0.5Cu/Ni-P焊点240℃下进行不同时间的等温液态时效试验。初次回流后,在界面处反应生成(Cu,Ni)6Sn5,随着时效时间的延长,在(Cu,Ni)6Sn5与钎料间会不断反应生成(Ni,Cu)3Sn4。Sn-18Bi-0.5Cu/Co-P焊点240℃下进行不同时间的等温液态时效试验。随着时效时间的延长,界面IMC层厚度不断增加。IMC的形态由刚开始的细针状逐渐转变为棱柱状且尺寸不断增大。由于时效过程中Cu原子的不断扩散,在(Cu,Co)6Sn5和CoSn3之间出现了(Cu,Co)Sn3。相较Sn-18Bi-0.5Cu/Cu、Sn-18Bi-0.5Cu/Ni-P,Sn-18Bi-0.5Cu/Co-P界面IMC生长速率最快。
【图文】：

针对电子产品中铅含量过高这种情况，各国含铅材料在电子产品中的使用，绿色环保的封国的科学家已成功开发出多款高性能的无铅钎应用中了。使用无铅钎料替换过去一直在使用子产品在长期使用过程中焊接接头的可靠性问钎料，Sn-Bi 系钎料在对温度敏感元器件的焊的优势。尤其是在焊接工艺兼容性能方面对更好的工艺兼容性能[7]。行业的发展轨迹大致上由三个时间段组成。第，主要表现为表面贴装类型的四边引线型。第可见，封装产品已逐渐转向微小化、高功能化代工业中的应用越来越广，其产品的工艺制成

可将界面反应分为液/固界面反应和固/固界面度高于钎料的熔点而低于母材的熔点，界面处 Cu6S含了钎料的溶解、界面反应和钎料的凝固三个阶段面氧化膜，钎料瞬间熔化并在母材表面快速润湿铺，Cu 原子连续不断的向液态钎料中迁移。由于母材子的浓度短时间内不断升高。第二阶段：液/固界面沉淀析出 Cu6Sn5。这又导致剩余熔融钎料中的 Cu 分解、扩散补充 Cu 原子[34]。界面处沉淀析出的 IMu 原子向熔融钎料中扩散越快。Cu6Sn5的外观呈扇中Cu原子通过IMC层到达其前沿提供了快速通道。颗粒之间的缝隙被新生成的 Cu6Sn5所填充，，直到最长过程示意图。第三阶段：随着钎料升温、保温过
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG425

【参考文献】

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本文编号：2584236