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在世界范围内,由于无铅钎料的高成本和低可靠性限制了电子产品无铅化的进程,降低Sn-Ag-Cu无铅钎料的银含量,已成为电子封装无铅化的重要共识。因此,高性价高可靠性的低银无铅钎料及其焊点的研究具有重要的科学意义和应用前景。本文通过添加微量Ni和P元素,研制了低银Sn-0.45Ag-0.68Cu-Ni-P(SAC-Ni-P)钎料,对钎料性能和焊点热可靠性进行了系统研究,并分析了应用于印制电路板(PCB)贴装焊点的失效机理。对低银SAC-Ni-P钎料的漫流性、润湿性和力学性能进行了研究,并与Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag-0.7Cu和Sn-37Pb三种钎料进行了对比分析。结果表明:低银SAC-Ni-P钎料具有良好的综合性能,四种钎料漫流性和润湿性大小值依次为Sn-37Pb>Sn-3.5Ag-0.6Cu>低银SAC-Ni-P>Sn-0.7Cu;在力学性能方面,低银SAC-Ni-P钎料的抗拉强度与Sn-3.5Ag-0.6Cu钎料接近,而延伸率是Sn-3.5Ag-0.6Cu的1.89倍。对Cu/低银SAC-Ni-P/Cu对接焊点进行了热时效、热冲击和热循环三种热可靠性加速试验,结果表明:界面IMC的生长速率主要受原子的扩散速率所控制,随着时效时间的增加,界面IMC厚度的增长符合抛物线规律,IMC形貌由细小的锯齿状向平缓的大波浪状转变;在75℃、100℃和150℃下,IMC的生长速率系数分别为0.61×10-14cm2/s,2.06×10-14cm2/s和4.83×10-14cm2/s,其IMC的生长激活能为33.75kJ/mol;焊点的剪切强度随着时效时间的增加而降低,温度越高,下降越快,由于第二相及基体组织的长大,其断裂模式由韧性断裂向局部脆性断裂转变。热冲击和热循环试验结果类似,随着冲击(循环)周期的增加,由于温度和热应力的共同作用,使得界面IMC厚度不断增厚,其形貌由细小的锯齿状变为大波浪状;热应力会加速缺陷的聚集和长大,使裂纹萌生,导致随着冲击(循环)周期的增加,焊点剪切强度呈抛物线降低,由于热循环周期较热冲击周期少,剪切强度下降没有热冲击明显,其断裂模式由塑性断裂向沿晶断裂转变。此外,通过对焊点施加一定的剪切载荷以模拟服役过程中的热应力,同时进行了热循环和热冲击试验,结果表明,在实验条件下,加载载荷对焊点显微组织及IMC厚度形貌等无明显影响,但会使焊点剪切强度进一步降低。利用ANSYS有限元模拟软件研究PCB板贴装焊点的失效机理,结果表明,PCB板贴装焊点裂纹在元器件与Cu焊盘焊接界面处萌生,与有限元模拟焊点应力应变最大区域吻合,后裂纹沿着Cu焊盘界面扩展,脆性相Cu6Sn5的长大,加速了焊点的失效。试验及模拟证明,低银SAC-Ni-P钎料可以满足PCB贴装焊点可靠性的要求。