焊锡接点IMC层力学性能实验研究

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焊锡接点是封装之间传递电信号的媒介,同时还起到机械连接和支撑的作用,其破坏将直接导致电子产品失效。金属间化合物(IMC)的形成是形成机械连接的基础,而其在钎焊和服役过程中的过快生长又会降低焊点的可靠性,因此,研究IMC的生长规律和力学性能就显得尤为重要。   以Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料与Cu基板界面处的IMC为研究对象,研究IMC在250℃下钎焊过程中的液态条件下的生长情况。研究表明,在钎焊过程中,在很短的时间内,Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处就形成一层很薄的金属间化合物Cu6Sn5。随着钎焊时间的延长,这层IMC厚度不断增加并且又长出一种新的金属间化合物Cu3Sn。在最初的约100s内,其生长受晶界扩散的控制,生长速度较快。随着IMC厚度的增加,其生长逐渐转变为受体扩散控制,生长速度变慢。   焊锡接点在250℃焊接30s,在150℃下进行等温时效,时效时间分别为100h,300h,500h。时效后,对IMC的生长情况进行观察分析,拟合出IMC的厚度与时效时间的关系。   采用G200型纳米压痕仪进行纳米压痕实验,发现Cu6Sn5与Cu3Sn的变形机制不同,Cu6Sn5为非连续性塑性变形,表现为压痕过程中的锯齿流变,Cu3Sn的压痕曲线比较平滑。对比不同厚度的Cu6Sn5的弹性模量和硬度,随Cu6Sn5厚度的增加,Cu6Sn5的弹性模量和硬度没有太大变化,略有减小。分别对时效100小时和500小时后的Sn3.0Ag0.5Cu/Cu界面处的过渡区进行纳米压痕实验,发现Cu, Cu3Sn, Cu6Sn5和Sn3.0Ag0.5Cu的硬度大小的顺序一致,顺序为:Cu6Sn5>Cu3Sn>Cu>Sn3.0Ag0.5Cu。  
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