Sn-1.0Ag-0.5Cu-xBi焊点界面层显微组织及力学性能研究

发布时间：2020-03-31 17:46

【摘要】：在世界范围内,出于人类健康和保护环境的要求,电子产品的无铅化已经进入实施的阶段。Sn-Ag-Cu系钎料由于其优异的性能被认为是最有潜力的无铅钎料,Ag含量3%时钎料焊点的力学性能优异,然而成本相对来说要高出很多。本研究提出一种新型低银型无铅钎料Sn-1.0Ag-0.5Cu-xBi,研究不同Bi含量(0,1,3,4.5wt.%)对钎料合金熔化温度、润湿性、显微组织的影响。试验结果表明:随着Bi元素的添加,有细晶强化的作用,同时降低钎料熔点,提高润湿性,过量的Bi时会导致组织粗化。将Sn-1.0Ag-0.5Cu-xBi钎料在Ni、Cu、Co基板上进行铺展,随后将界面在250℃进行长时间液固反应,研究钎料/基板界面显微组织随液固反应的演变规律以及抗剪强度的影响。Ni基板上界面生成(Cu,Ni)_6Sn_5和(Ni,Cu)_3Sn_4两种金属间化合物。随液固反应时间的增长,界面IMC颗粒的尺寸增大,IMC层的厚度也逐渐变厚。Bi原子能有效降低钎料合金中Sn向Ni基板的扩散速率。抗剪强度随Bi元素的添加不断上升,在添加3%Bi的时候钎料合金抗剪强度最高,添加4.5%Bi长时间液固反应后钎料合金抗剪强度急剧下降。Cu基板上界面的IMC为Cu_6Sn_5,随着液固反应的进行,在靠近基板处形成Cu_3Sn,Bi的析出对IMC的增厚起到抑制作用。Co基板上IMC生长速率最快,IMC只生成了CoSn_3。CoSn_3界面和钎料交界处会随液固反应的进行产生裂缝。Sn 1.0Ag 0.5Cu xBi/Cu焊点在150℃下分别固态时效120h、240h、360h、480h、720h。锯齿状IMC随着时效时间明显增厚了许多,变成较平稳的山峦状。Bi含量在4.5%和1%时,界面IMC有很多突起的部位,而Bi含量在3%的时候,IMC层相对平整。焊点抗剪强度在3%Bi之前随着Bi含量的增加,抗剪强度增加,当Bi含量添加到3%时,抗剪强度最高,当添加到4.5%Bi时,焊点的抗剪强度下降幅度较大。
【图文】：

示意图,电子封装,示意图

在电子封装技术当中，微电子的焊接技术十分重要。如图1.1 所示为常见电子封装分级示意图[4]。图 1.1 电子封装示意图[4]Fig 1.1 The illustration of electronic package电子封装的发展一共有三个阶段。第一阶段，以插装型为主。第二阶段，表面贴装类型的四边引线型飞速发展。第三阶段，主要以平面阵列型发展。由此可见，微电子技术开始越来越趋于多功能化、小型化和高密度化。

示意图,润湿角,钎料,液态

性比较差；90o＜θ＜180o时钎料与基板之间完全不润湿，比如水银在玻璃上就是这情况。一般来讲，钎焊时钎料的润湿角小于 20o比较合适。图 3.4 中 YLV、YSV、Y分别表示液-气、固-气、液-固界面的界面张力。在铺展结束时，在θ处的几个力应该衡，即：SVYSL Lvcosθ (1.1根据杨氏方程，当 YSV的值越大，，YLV、YSL的值越小时，润湿角会越小，即钎的润湿性越好。图 1.2 润湿角示意图Fig 1.2 Wetting Angle diagram
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG425.1

【参考文献】