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在电子封装产业中,电子元器件中的焊点是确保电子产品正常使用与运转的关键条件。随着封装无铅化的大力推广,无铅钎料的应用越加广泛。封装焊点中最重要的两部分为钎料和基板,基板材料的选择也影响着焊点界面组织的种类。铜被认为是电子封装工业中作为母材的最佳选择,然而随着电子产品多样化,新型的基板材料受到了更多关注。本文选用了 Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)无铅钎料,制备了高质量的 Cu-50Co(50 wt.%Co)和 Cu-50Fe(50 wt.%Fe)两种双相合金基板,研究钎料与不同基板形成焊点的界面微结构与金属间化合物(IMC)的演化过程。在温度为290℃且不同时间的钎焊过程中,SAC305/Cu界面形成的化合物为 Cu3Sn 和Cu6Sn5,SAC305/Cu-50Co 界面生成(Co,Cu)Sn3 和(Cu,Co)6Sn5,SAC305/Cu-50Fe 界面则为(Cu,Fe)6Sn5和 FeSn2。值得注意的是 SAC305/Cu-50Co和SAC305/Cu-50Fe的界面IMC呈现奇特的锯齿状形貌,而SAC305/Cu界面化合物形貌表现为光滑连续。比较三种焊点界面化合物的晶粒形貌,SAC305/Cu界面化合物主要为呈球状的Cu6Sn5晶粒,其随钎焊时间增长逐渐熟化长大;SAC305/Cu-50Co界面(Cu,Co)6Sn5和(Co,Cu)Sn3化合物分别为细针状和棍棒状的细小晶粒,钎焊后期(Co,Cu)Sn3表现出棱柱状的堆叠形貌;SAC305/Cu-50Fe界面(Cu,Fe)6Sn5 晶粒为棱柱状,FeSn2呈细小颗粒状。SAC305/Cu、SAC305/Cu-50Fe和SAC305/Cu-50Co三种界面整体IMC的生长速率数值分别为0.2823 μm/min、0.1316 μm/min 和 2.2971 μm/min。设计了 SAC305/Cu、SAC305/Cu-50Co 和 SAC305/Cu-50Fe 三种焊点进行恒温150℃不同时长的时效实验。结果显示,在固态时效过程中,焊点界面化合物的成分与液态钎焊过程中成分一致,三种焊点界面IMC厚度均随着时效时间延长而增加。SAC305/Cu界面化合物形貌表现为连续致密,SAC305/Cu-50Co和Cu-50Fe界面化合物呈不平整的锯齿状,在固态时效后期,SAC305/Cu-50Fe界面出现大量孔洞导致界面IMC存在缺陷。计算后,固态时效过程中SAC305/Cu,Cu-50Co和Cu-50Fe三种焊点界面IMC的生长速率常数k数值分别为1.9×10-17 m2/s,6.87×10-17 m2/s 和 4.51×10-17m2/s。超声辅助焊接实验的结果表明,超声作用没有改变三种焊点界面化合物的成分,但界面IMC平均厚度有所下降,这归因于介入超声振动带来的能量传导至焊点界面反应处,在液-固冶金反应发生时引起空化和声流效应,细化了组织晶粒。此外,随着超声作用时间增加,SAC305/Cu界面处化合物厚度降低,其周围游离着破碎的Cu6Sn5晶粒;SAC305/Cu-50Co界面(Co,Cu)Sn3层形貌表现稳定,而(Cu,Co)6Sn5层分布散乱;SAC305/Cu-50Fe界面中化合物(Cu,Fe)6Sn5分布范围更为广泛,其厚度与FeSn2差异明显。在超声作用影响下,SAC305/Cu界面处大颗粒状的Cu6Sn5晶粒转变为细小球状和棱柱状的晶粒;SAC305/Cu-50Co界面处(Co,Cu)Sn3呈更明显的块状堆叠,(Cu,Co)6Sn5颗粒呈细针团状聚集;SAC305/Cu-50Fe界面中FeSn2变化不明显,而(Cu,Fe)6Sn5呈细长棍棒状,其晶粒长度有所增加。