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随着电子设备不断向微型化和轻量化的方向发展,如何提高IC芯片与PCB基板结合界面性能得到了人们的日益重视。在电子设备服役期间,钎料在各个元器件之间建立起桥梁以便电子信号在IC芯片之间进行相互交换,从而维持电子产品的正常运转。因此研发高性能钎料成为当前电子封装领域的研究热点。目前国际社会常用的钎料为高银Sn-Ag-Cu钎料,该钎料具有良好铺展性能、导电性和热稳定性等特点,但由于该钎料中Ag含量较高,且Ag与Cu之间结合性差,导致该焊料在焊后凝固过程中界面层处生成大块Ag3Sn金属间化合物(IMCs)降低了界面层的可靠性限制了该焊料在电子封装领域的推广。因此,优化低银Sn-Ag-Cu钎料的成分配比并提高焊接接头强度成为当前研究热点之一。本文采用合金凝固理论,通过冶金熔炼的方法将不同含量的Zn(x=0,0.1,0.4,0.7,1.0,2.0wt.%)添加到低银 Sn-0.5Ag-0.7Cu(简称 SAC(0507)),探究 Zn 元素对 Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料物理性能和焊接性能的影响,从而达到代替高银Sn-Ag-Cu钎料的目的。通过对SAC(0507)-xZn钎料的显微组织、热行为、润湿性能、电导率以及钎焊接头力学性能进行对比分析,揭示了 Zn元素对于Sn-0.5Ag-0.7Cu钎料合金的影响机理。研究表明,适量Zn元素可有效改善该钎料合金的综合性能,当Zn含量为0.4wt.%时,钎料中Ag3Sn和Cu6Sn5均匀分布在初生β-Sn基体上,此时钎焊接头的拉伸强度和剪切强度均达到最大值。但随着Zn含量的进一步添加,由于SAC(0507)钎料合金出现了较大块的Cu-Zn IMCs,致使该SAC(0507)钎料的综合性能急剧下降。在上述研究的基础上选取 SAC(0507)-0wt.%Zn/Cu、SAC(0507)-0.4wt.%Zn/Cu 和SAC(0507)-1.0wt.%Zn/Cu三种成分下的结合界面层在不同条件下进行时效实验。研究表明,随着时效温度和时间的延长IMCs层的形貌随着厚度的增加发生改变。当Zn含量为0wt.%和0.4wt.%时,界面层由原来的单层Cu6Sn5逐渐转变为Cu6Sn5+Cu3Sn双层结构。当Zn含量为1.0wt.%时,SAC(0507)/Cu界面层处Cu5Zn8逐渐分解的同时在靠近Cu基体侧生成连续的 Cu6Sn5。对 SAC(0507)-0wt.%Zn/Cu、SAC(0507)-0.4wt.%Zn/Cu IMCs 层中的扩散速率和扩散激活能进行计算,发现Zn元素对于SAC(0507)/Cu钎焊接头处IMCs层的影响机理为:在时效过程中Zn元素通过抑制结合界面处IMCs的生长速率(D0wt.%>D0.4wt.%)并提高其扩散激活能(Q0wt.%<Q0.4wt.%),从而抑制了时效过程中结合界面层厚度的增加。