【摘 要】
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随着电子产品向集成化、高密度化方向发展,加之铝合金以其固有优良性能和价格优势,以铝部分取代铜的场合越来越多,因此在电子封装领域实现Cu/Al异材低温高质量互连势在必行。本文以4#SAC0307粉为主体并添加Zn颗粒（1μm）（含量分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%）的混合粉体为焊料,采用180℃-210℃的焊接温度,辅助超声能量,实现了Cu/Cu同质、Cu/Al异质固相互连,并研究
【基金项目】
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国家自然科学基金 （No.61974013、61774066）； 重庆市自然科学基金（No.cstc2020jcyj-msxmX0819）；
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随着电子产品向集成化、高密度化方向发展,加之铝合金以其固有优良性能和价格优势,以铝部分取代铜的场合越来越多,因此在电子封装领域实现Cu/Al异材低温高质量互连势在必行。本文以4#SAC0307粉为主体并添加Zn颗粒（1μm）（含量分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%）的混合粉体为焊料,采用180℃-210℃的焊接温度,辅助超声能量,实现了Cu/Cu同质、Cu/Al异质固相互连,并研究了75℃、100℃、125℃、150℃下同异质焊接接头的热可靠性,得到主要结论如下:（1）在SAC锡球中添加Zn颗粒,在低温下辅助超声实现原子扩散形成Sn-Zn低温固溶体,可实现锡球间的互连。SAC0307+40%Zn焊料与Cu界面生成了Cu5Zn8金属间化合物,可实现焊料/Cu的固相互连。随着Zn含量的增加,IMC由Cu6Sn5向Cu5Zn8转化,且Cu5Zn8厚度逐渐增厚。Zn含量为40%时,锡球和Zn颗粒周围可形成连续稳定的固溶体,剪切强度达到最大,为29.76MPa,较0%Zn提高了62.6%。（2）随着老化时间延长,125℃及以下的Cu/SAC0307+40%Zn/Cu接头剪切强度变化不大,可靠性较好;当温度达到150℃时,接头剪切强度呈反比例函数曲线下降,24h的剪切强度下降了39.4%。随着老化时间延长,75℃时上/下界面IMC厚度波动幅度不大;100℃、125℃、150℃时24h上/下界面IMC厚度分别提高了35.5%和94.8%、199.0%和300.5%、404.7%和505.5%;随老化温度和老化时间的增加,断口由韧性断裂向韧脆性混合断裂转变。（3）Cu/Al接头焊接温度为180℃时,Cu界面IMC为Cu5Zn8;焊接温度为190℃、200℃、210℃时,Cu界面IMC有两层,为Cu5Zn8和CuZn5。180℃时,Al侧没有形成固溶体或固溶体不连续,故在Al侧不结合产生脆性断裂;190-210℃时,在Al侧形成明显的Zn-Al固溶体,断口发生在Zn颗粒层并伴有Zn-Al固溶体的部分撕裂,为韧性断裂。200℃时接头的剪切强度达到最大,为38.07MPa,较180℃提高了153.6%。（4）随着老化时间的延长,Cu/Al接头Cu侧界面CuZn5厚度逐渐减少,Cu5Zn8厚度增加,最后CuZn5完全消失;Cu/Al接头Al侧Zn固溶度越来越大,Sn-Zn层结合强;Cu/Al接头中Zn颗粒氧化加剧,Zn颗粒间隙增大,易在Zn颗粒间发生断裂。75℃下接头剪切强度波动不大,100℃、125℃、150℃接头剪切强度随时效时间的增加而较快降低,随老化温度升高接头剪切强度衰减加剧,老化24h时接头剪切强度分别为20.63MPa、11.37MPa、6.41MPa,较未老化接头分别下降了45.8%、70.1%、83.2%。
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