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传统Sn-Pb钎料凭借其低熔点、低成本、优秀的可靠性等优势,在电子工业中被广泛应用。考虑到其对健康和环境的危害,无铅钎料的研究已经成为各研究机构关注和研究的焦点。随着电子产品向小型化、便携化、及高可靠性方向发展。焊点尺寸逐渐减小,无铅焊点电迁移现象给焊点带来的可靠性问题将不可忽视。电迁移是金属材料通过较高电流密度时,金属原子沿着电子运动方向进行迁移的扩散现象,它是引起集成电路失效的一种重要机制。目前认为,提高钎焊材料总体性能的途径一般有以下两种:一是通过合金化,但是其物理性能,如熔点,与合金元素的加入量密切相关,若加入量不当反而会恶化钎料的性能。第二种途径是制造“复合钎料”。复合钎料的制备一般有两种方式:一是在钎料基体中“内生”出起强化作用的第二相;二是在钎料基体中“外加”起强化作用的增强颗粒。由于内生增强颗粒在形成钎料合金铸锭时就已经形成,分散的增强相会通过阻碍裂纹的长大以及位错运动等方式来提高钎料基体的综合性能。因此,很多学者和研究机构关注于该方法的研究中。 本文通过冷却速率和内生Cu6Sn5颗粒添加量优选的办法,通过提高钎料在高温、高电流密度下的稳定性,从而缓解焊点电迁移损伤。通过对不同熔炼工艺制备钎料的显微组织观察,及其力学性能和抗蠕变性能进行研究。实验表明,随着冷却速率的降低,所获得的Cu6Sn5颗粒越细小,而且分布的较为均匀。轧制工艺可以使颗粒变小,且团聚现象减少。内生法制备的Cu6Sns颗粒增强型复合钎料的抗拉强度显著优于Sn-3.5Ag共晶钎料,且内生Cu6Sn5颗粒尺寸越小,接头剪切强度越高。即炉冷熔炼制备的复合钎料中颗粒尺寸最小,因此获得了最大的剪切强度。蠕变测试中,Sn-3.5Ag共晶钎料抗蠕变性最差。内生弥散的Cu6Sn5颗粒可以有效提高钎焊接头的蠕变抗力。因此,炉冷工艺制得的内生Cu6Sn5颗粒增强的Sn-Ag基复合钎料接头蠕变性能最好。基于以上原因,认为炉冷熔炼工艺可有效的改善钎料焊点在高温工作下显微组织的稳定性,从而提高焊点可靠性。 本文对含有不同体积分数内生Cu6Sn5颗粒复合钎料高温通电条件下电迁移行为进行了观察。结果表明:短时间通电(192h),电子风力对含不同体积分数Cu6Sn5增强颗粒的复合钎料接头显微组织均无明显影响。但在长时间通电(384h)后,1vol.%Cu6Sn5复合钎料焊点内部缺陷导致发生熔化-凝固过程,20vol.%复合钎料由于内生Cu6Sn5颗粒数量过多而导致颗粒的团聚,引起界面处金属间化合物(IMC)层厚度迅速增加,且内生颗粒尺寸也相应增大。而5vol.%复合钎料正、负极界面处金属间化合物厚度无较大变化,且内生颗粒的迁移较缓慢,尺寸亦无明显变化。有效地缓解了IMC层的极化现象。因此,炉冷工艺条件下制备的含有体积分数为5%的Cu6Sn5颗粒钎料接头的抗电迁移性能最优。