Sn-1.0AG-0.5Cu-XBi无铅焊料的可靠性研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wq446395427
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微电子工业的日益成熟使得封装材料的研发已然成为人们关注的热点,目前使用最多的焊料为SAC305无铅合金,然而为了降低焊料本身的制造成本,价格更低廉的无铅低银合金逐渐被广泛地研制使用。  对含有不同Bi元素添加量的SAC105合金焊料进行熔点、拉伸强度和延伸率的测试。结果发现,SAC105的熔点和拉伸强度都比SAC305高银焊料略差,随着Bi元素的增加,SAC105合金的熔点显著降低,拉伸强度也逐渐升高,但也带来了熔程变大、延伸率降低等缺陷。SAC305合金内部有着较多的Ag3Sn相和Cu6Sn5相,SAC105合金则拥有更高比例的β-Sn晶粒,Bi元素的添加则使SAC105焊料的初生β-Sn晶粒逐渐不明显,IMC相变得清晰可见,尤其是当Bi元素的含量达到2%以上时,焊料内部发现Bi沉淀和团簇。  采用Cu-焊料-Cu三明治模型将焊点模型在不同的温度以及时间段下进行老化试验。回流焊后六种焊点的界面界面化合物类型为Cu6Sn5,并呈不规则的扇贝状;老化后焊点的界面化合物层则随着时间的增加逐渐变厚且平滑,焊盘与Cu6Sn5之间形成新的化合物Cu3Sn,Ag3Sn相也经过粗化由细针状变为块状或椭球状。Bi元素的加入可以使界面化合物层逐渐变薄,Cu6Sn5/Cu3Sn界面处的柯肯达尔孔洞也逐渐减少或消失,IMC的生长与时间和温度都有着重要联系,且Bi元素可以抑制焊点IMC的生长。  对焊点进行了剪切试验。老化前,SAC305和SAC105焊点均为韧性断裂,SAC305的剪切强度高于SAC105,但加入Bi元素后,断裂方式由韧性断裂逐渐向韧-脆混合型断裂转变,六种焊点的断裂均为韧性断裂,且发生在焊料内部;老化后,SAC305和SAC105焊点的断裂方式由韧性断裂逐渐向韧-脆混合型断裂转变,且断裂位置为Solder/Cu6Sn5界面与Cu6Sn5/Cu3Sn界面断裂并存,SAC105-XBi焊点则从韧-脆混合型断裂逐渐转向脆性断裂转变,虽然其老化后的剪切强度下降幅度比SAC305明显,但强度值却均高于SAC305。
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