Cu含量对低银无铅焊点的界面结构及力学行为的影响

论文摘要

钎料作为电子元器件的连接材料,起着实现元器件之间电气连接的重要作用,Sn-Ag-Cu（SAC）钎料由于其性能良好已经被认为Sn-Pb钎料的最佳替代品,但是实际应用中仍存在一些问题。通过在钎料中添加微量元素来改善钎料性能,作为一种有效方法越来越被重视。本文以一种新的低银Sn-Ag-Cu-Ni-Bi钎料为研究对象,以老化、深腐蚀为手段,借助扫描电子显微镜、结合强度测试仪及压痕硬度测试仪等设备,分析Cu含量的变化与低银钎料（Sn-Ag-Cu-Ni-Bi）在Cu、Ni焊盘上形成的焊点的界面行为及力学性能的关系。研究结果表明:在Cu焊盘上,Cu含量在0.3wt%-1.5wt%区间时,随着钎料中Cu含量的变化,界面IMC层的厚度,组成及形貌发生了明显的改变。随着Cu含量的增加,回流焊后IMC层厚度逐渐变薄,IMC的晶粒尺寸逐渐增大。同时界面化合物的组成和形貌都发生了显著变化,当Cu含量小于0.5wt%时,界面处形成了大量的小颗粒状化合物（Cu,Ni）6Sn5,而当Cu含量为0.7wt%时,界面处同时存在着少量的小颗粒状化合物（Cu,Ni）6Sn5和大量的棱柱状化合物Cu6Sn5;当Cu含量为1.0wt%-1.5wt%时,粒状和棱柱状化合物消失,界面只存在鹅卵石状的化合物Cu6Sn5。160℃时效后,Cu含量为1.0wt%时,时效后界面IMC层厚度增加量最小。钎料中Cu含量为0.5wt%时,焊点的剪切强度最大。压痕硬度随着Cu含量的增加而增大。在Ni焊盘上,Cu含量在0.3-1.5wt%区间时,随着Cu含量的增加,界面IMC层变厚。Cu含量为0.3wt%时,界面IMC为大量片层状的（Ni,Cu）3Sn4 ;当Cu含量为0.5wt%时,界面IMC为少量片层状的（Ni,Cu）3Sn4和多面体状的（Cu,Ni）6Sn5化合物;当Cu含量大于0.7wt%时,界面IMC为长条状的（Cu,Ni）6Sn5。时效后,焊点界面IMC层增厚,Cu含量为1.0wt%时,时效后界面IMC层厚度增加量最小。钎料中Cu含量为1.0wt%时,焊点的剪切强度最大。压痕硬度随着Cu含量的增加而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无铅钎料的发展
• 1.2.1 钎料的无铅化
• 1.2.2 无铅钎料的性能要求
• 1.2.3 低银无铅钎料的前景
• 1.3 焊点可靠性与界面反应
• 1.3.1 焊点的失效模式
• 1.3.2 钎料与不同焊盘的反应
• 1.4 课题研究目的及内容
• 第2章 实验方法及设备
• 2.1 引言
• 2.2 Sn-Ag-xCu-Ni-Bi 钎料合金的制备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法与设备
• 2.3 熔点测试
• 2.3.1 熔点测试原理
• 2.3.2 熔点测试步骤
• 2.4 润湿性测试
• 2.4.1 润湿性测试原理
• 2.4.2 测试方法及步骤
• 2.5 焊点的制备
• 2.5.1 BGA 钎料球的制作
• 2.5.2 温度曲线的设定
• 2.5.3 IMC 试样的制备
• 2.5.4 深腐蚀技术
• 2.6 焊点力学性能测试试样制备
• 2.6.1 剪切强度测试
• 2.6.2 纳米压痕测试
• 2.7 本章小结
• 第3章 Cu 对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi 钎料熔点、润湿性及显微组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Sn-Ag-xCu-Ni-Bi 钎料的熔点分析
• 3.3 Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Cu 的润湿性分析
• 3.4 Sn-Ag-xCu-Ni-Bi 体钎料的微观组织分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Cu 焊点界面IMC 及力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Cu 焊点IMC 层的影响
• 4.2.1 Cu 含量与界面IMC 层厚度的关系
• 4.2.2 Cu 含量与界面IMC 层形貌的关系
• 4.2.3 Cu 含量与界面IMC 层组成的关系
• 4.3 时效对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Cu 焊点界面IMC 层的影响
• 4.3.1 时效后界面IMC 层厚度的变化
• 4.3.2 时效后界面IMC 层的组成
• 4.4 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Cu 焊点力学性能的影响
• 4.4.1 Cu 含量对焊点剪切强度的影响
• 4.4.2 Cu 含量对焊点显微硬度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Ni 焊点界面IMC 及力学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Ni 焊点IMC 层的影响
• 5.2.1 Cu 含量对界面IMC 层厚度的影响
• 5.2.2 Cu 含量对界面IMC 层形貌及组成的影响
• 5.3 时效对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Ni 焊点界面IMC 层的影响
• 5.3.1 时效后界面IMC 形貌
• 5.3.2 时效后界面IMC 层厚度变化
• 5.4 Cu 含量对Sn-Ag-xCu-Ni-Bi/Ni 焊点力学性能的影响
• 5.4.1 Cu 含量对焊点剪切强度的影响
• 5.4.2 Cu 含量对焊点显微硬度的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢