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随着电子信息技术的快速发展与进步,电子产品对封装技术提出了高密度、高质量、高性能、小尺寸、低成本的要求。当封装焊点尺寸减小到十几微米时,焊点中的钎料可能完全被反应生成金属间化合物(Intermetallic Compound,IMC),这种焊点也被称为全IMC焊点。全IMC焊点由于只包含有高熔点的金属间化合物,可以防止多芯片逐层堆叠过程中出现的回熔现象,并且可以在高温下进行服役。了解和掌握全IMC焊点在制备过程中的界面组织演变以及力学性能对封装技术的进一步发展具有重要意义。因此,本文对Cu/Sn+Sn/Cu结构进行了低温钎焊,在不同的参数下制备焊点,分析了不同钎焊参数对焊点界面组织演变的影响;然后研究了Cu/Cu3Sn/Cu焊点制备过程中界面反应机理;最后对焊点的剪切性能进行了分析和研究。 首先,采用电镀的方法在Cu基板上制备了4μm的Sn层,并分析了电镀参数对镀层表面形貌及粗糙度的影响,然后在不同参数下对Cu/Sn+Sn/Cu结构进行了低温钎焊,通过调整工艺参数制备了全Cu3Sn焊点。结果表明:电镀参数对镀层表面形貌及粗糙度具有重要影响,在合适的参数下可以制备出晶粒排布比较致密且粗糙度较低镀层;制备全Cu3Sn焊点的最优参数为钎焊温度300℃,钎焊时间3h,钎焊压力1N。 其次,分别在240℃、270℃和300℃的温度下研究了IMC(Cu6Sn5和Cu3Sn)的组织演变规律和立体形貌,并分析了不同IMC的生长机制和长大过程。结果表明:在钎焊初期,Cu/Sn界面出现了平面状的Cu6Sn5和较薄的Cu3Sn,随着钎焊时间的增加,Sn不断被消耗,平面状Cu6Sn5转变成扇贝状并不断长大。当Sn被完全消耗后,上下两层Cu6Sn5相互接触形成一个整体。继续增加钎焊时间,Cu3Sn以Cu6Sn5的消耗为代价不断增加,最终全部转变成Cu3Sn;通过Wagner方程的Dybkov方程组拟合得到Cu6Sn5的生长因子为0.33,说明其生长受晶界扩散控制。在Sn被完全消耗之前Cu3Sn的生长因子为0.81,受反应控制,当Sn被完全消耗之后,Cu3Sn的生长因子为0.46,说明此时Cu3Sn的生长受体扩散控制;Cu6Sn5以表面形核、长大、小晶粒融合、包裹初始大晶粒的方式长大。随着钎焊温度的升高,Cu6Sn5立体形貌逐渐由多面体状转变成匍匐状而Cu3Sn晶粒的尺寸逐渐减小。 最后,对不同钎焊时间(30min、90min、150min、180min)下的Cu-Sn焊点进行剪切试验,同时在不同的加载速率下对全Cu3Sn焊点进行了剪切试验。结果表明:随着钎焊时间的增加,焊点的剪切强度值不断增加。全Cu3Sn焊点剪切强度值随加载速率的增加不断降低,这是由于随着加载速率的增加,焊点界面两侧Cu3Sn界面处沿晶断裂占焊点断裂模式的比例越来越大,而这种沿晶断裂的抗剪切能力较小,所以焊点的抗剪切强度随着加载速率的增加而下降。