论文部分内容阅读
随着表面组装技术（SMT）的迅速发展及微连接无铅化进程的加快，焊点的可靠性已成为该领域关注的热点。SnAgCu系钎料合金是SnPb钎料最有潜力的替代品之一。蠕变及时效特性作为表征微连接焊点可靠性的重要方面已受到普遍关注，低银SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点的相关研究却鲜见文献报道，已成为实际应用中亟待解决的关键问题。开展相关方面的研究对新型无铅钎料的研制及提高电子产品的质量有十分重要的意义。本文采用真空熔炼方法制备低银SnAgCuRE系钎料合金，以商用Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金为参照系，研究了RE添加量和环境条件对Sn2.5Ag0.7Cu钎焊焊点蠕变特性的影响，优选RE最佳添加量。在此基础上，以Sn2.5Ag0.7Cu和Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金钎焊焊点为研究对象，以剪切强度为考核指标，研究了油介质时效过程中焊点界面区金属间化合物的生长动力学及时效温度对界面区金属间化合物的影响。并同时分析了RE在蠕变和时效过程中的吸附作用，探讨了界面区金属间化合物的厚度对焊点断裂机制的影响。蠕变试验结果表明：添加微量富Ce的混合RE通过改变低银SnAgCu钎料合金钎焊焊点界面区金属间化合物（IMC）的尺寸及形态而影响其焊点的可靠性。当Sn2.5Ag0.7Cu合金中RE添加量为0.1wt％时，焊点的蠕变断裂寿命最长，为5760min.，较未添加RE时蠕变断裂寿命（804min.）明显提高；其值也明显高于商用Sn3.8Ag0.7Cu的蠕变断裂寿命（1116min.）；添加RE后焊点蠕变裂纹萌生在钎料合金内部，断口为沿晶断裂，局部伴有少量“山峰”花样穿晶断裂特征，而未添加RE时裂纹萌生在界面区的金属间化合物内，断口为沿晶断裂特征。当RE添加量为0.5wt％时，钎料合金中形成了花瓣状的RE化合物阻碍液态时钎料合金的铺展而形成缺陷，其断裂方式为沿晶断裂。界面区Cu6Sn5的厚度是影响焊点可靠性的关键因素，添加微量RE能抑制其生长，可显著提高焊点的可靠性。时效试验结果表明：随着时效时间的延长和时效温度的升高，Sn2.5Ag0.7Cu、Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金焊点的剪切强度明显下降；焊点界面区的金属间化合物在时效过程中的生长动力学曲线呈抛物线规律；添加微量RE元素的SnAgCuRE钎料合金钎焊焊点界面区的Cu6Sn5和Cu3Sn金属间化合物生长速率常数分别减少为SnAgCu的79.3％和82.8％，即添加微量的RE能阻碍界面区IMC的生长，提高焊点的可靠性；当焊点界面区Cu6Sn5金属间化合物厚度大于4μm时，其剪切强度明显下降；且随着时效时间的延长和时效温度的升高，焊点的断口逐渐由典型的穿晶断裂特征向穿晶+沿晶相结合的断裂方式过渡。综上所述，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金综合性能优良，具有深入开发的价值。