Cu含量对低银无铅焊点的界面结构及力学行为的影响

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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。
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