基于金属间化合物层的Sn-9Zn钎料润湿性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingliang2xx
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随着电子封装领域无铅化的发展,带来了许多新的问题,其中如何改善无铅钎料润湿性是我们当前面对的主要问题之一。本文以改善Sn-9Zn钎料的润湿性为主要研究目标,重点研究了Sn-9Zn钎料在表面具有一层CusZn8金属间化合物的铜基板上的润湿性及界面金属间化合物生长行为。通过对比研究不同钎焊工艺下Sn-9Zn在Cu5Zn8/Cu基板和Cu基板的润湿性以及Cu/Cu5Zr8/Sn-9Zn/CusZns/Cu和Cu/Sn-9Zn/Cu钎焊接头的剪切强度,证实了使用Cu5Zn8/Cu基板可以有效改善Sn-9Zn钎料润湿性,同时得出了Sn-9Zn钎料在CusZns/Cu基板上钎焊可选用的较佳工艺参数范围。获得的主要结论如下:(1)通过在Cu基板表面制备一层Cu5Zn8金属间化合物来提高Sn-9Zn钎料的润湿性是可行的。Sn-9Zn钎料在Cu5Zn8/Cu基板上的润湿性随着钎焊时间的增加一直呈现增加趋势;Cu基板上的润湿性随着钎焊时间的增加先增加后略微降低。整个钎焊工艺范围内Sn-9Zn钎料球在Cu5Zn8/Cu基板上的润湿性均优于普通Cu基板上的润湿性。(2)Sn-9Zn钎料合金在Cu5Zn8/Cu基板和Cu基板上的界面金属间化合物层厚度均随着钎焊温度和钎焊时间的增加而增加,且在Cu5Zn8/Cu基板上的界面金属间化合物层厚度随着钎焊时间和钎焊温度的变化增加程度较Cu基板上的金属间化合物层低。(3)界面金属间化合物层的形貌和厚度与润湿性存在一定的对应关系。Sn-9Zn钎料在Cu5Zn8/Cu基板上的润湿反应可以看作惰性润湿,润湿性主要受界面IMC层粗糙度影响,GusZns/Cu基板上IMC层的Rrms/λa值在整个钎焊工艺内的变化为0.316-0.998,Cu基板上IMC层的Rrms/λa值变化范围为0.257-0.603,粗糙度越大,润湿性越好。(4) Cu/Cu5Zn8/Sn-9Zn/Cu5Zn8/Cu和Cu/Sn-9Zn/Cu两种钎焊接头的剪切强度均随着温度的增加先增加后减小。低温时,Cu/Cu5Zn8/Sn-9Zn/CusZn8/Cu钎焊接头的剪切强度小于Cu/Sn-9Zn/Cu钎焊接头的剪切强度;高温时,Cu/Cu5Zn8/Sn-9Zn/Cu5Zn8/Cu接头的剪切强度更大。Cu/Cu5Zn8/Sn-9Zn/Cu5Zn8/Cu接头剪切强度随着钎焊时间的增加一直减小,而Cu/Sn-9Zn/Cu接头的剪切强度随着时间的增加先增加后减小,在钎焊时间为120s-300s时两种接头剪切强度基本相等。(5)结合不同钎焊工艺下Cu基板和Cu5Zng/Cu基板上Sn-9Zn钎料的润湿性、界面IMC层变化以及Cu/Cu5Zn8/Sn-9Zn/Cu5Zn8/Cu和Cu/Sn-9Zn/Cu钎焊接头的剪切强度得出,在本论文所选钎焊工艺范围内,CusZns/Cu基板在钎焊时间较长(120s-300s)以及温度较高(260℃-270℃)的钎焊环境中比较有应用优势。
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