【摘 要】
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随着电子产品向功能集成化和体积小型化发展,电子设备内部的互连锡焊点必然面临着更加严峻的挑战,高质量焊点的制备能够有效保证高可靠性电子产品的服役。碳纳米管(CNT)具有出色的力学性能和高导热性,将其作为增强相添加到焊点中是一种有效的增强焊点可靠性的方法。为了降低碳纳米管的团聚效应,提高其对焊点可靠性的增强效果,本文通过化学镀法制备了表面修饰CNT,探究表面修饰CNT的添加对SAC305钎料基体的热学
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随着电子产品向功能集成化和体积小型化发展,电子设备内部的互连锡焊点必然面临着更加严峻的挑战,高质量焊点的制备能够有效保证高可靠性电子产品的服役。碳纳米管(CNT)具有出色的力学性能和高导热性,将其作为增强相添加到焊点中是一种有效的增强焊点可靠性的方法。为了降低碳纳米管的团聚效应,提高其对焊点可靠性的增强效果,本文通过化学镀法制备了表面修饰CNT,探究表面修饰CNT的添加对SAC305钎料基体的热学性能和力学性能的影响,同时制备表面修饰CNT复合钎料和表面修饰CNT复合助焊剂,将两种材料分别应用于回流焊实验制备无铅焊点,探究表面修饰CNT作用下界面IMC生长动力学及其形貌演化规律。此外,通过焊点剪切实验测试焊点的剪切强度,研究表面修饰CNT对焊点可靠性的作用。实验利用化学镀法分别制备了镀Ni碳纳米管(Ni-CNT)和镀Cu碳纳米管(Cu-CNT),透射电镜观察到CNT表面具有深色纳米颗粒,根据EDX及XPS结果表明,能够确定Ni元素和Cu元素作为镀层成功修饰了CNT。DSC结果表明,表面修饰CNT的添加能够提升SAC305的熔点,SAC305中表面修饰CNT质量分数上升,SAC305的熔点也随之上升。纳米压痕实验表明,表面修饰CNT复合钎料的硬度和模量随着表面修饰CNT含量的增加而增加,表明表面修饰CNT的加入对SAC305钎料的力学性能有显著的改善作用。为了研究表面修饰CNT复合钎料与Cu基板之间的界面反应,在250℃下进行时长为5分钟的回流焊实验,制备了SAC-x Ni-CNT/Cu(x=0.1和0.2 wt.%)及SAC-x Cu-CNT/Cu(x=0.1和0.2 wt.%)复合焊点,并在150℃下进行固态时效来模拟焊点服役状态。结果显示,表面修饰CNT作为SAC305钎料增强相能够抑制焊点界面IMC的生长及IMC晶粒的粗化,SAC305中表面修饰CNT的质量分数提升,抑制效果增强。其中表面修饰CNT质量分数为0.2 wt.%的复合钎料焊点IMC层的生长速率最低,IMC晶粒细化效果最为明显。剪切试验表明,添加表面修饰CNT能够提高焊点的剪切强度。当表面修饰CNT的质量分数达到0.2 wt.%时,焊点的断裂方式由混合断裂转变为韧性断裂。为了探究使用表面修饰CNT复合助焊剂处理的SAC305/Cu焊点的可靠性,进行了回流焊实验,并在150℃下进行时长为0、24、120、240、360小时的时效实验。结果显示,使用复合助焊剂处理焊点能够抑制界面IMC的生长,随着复合助焊剂中表面修饰CNT质量分数的提高,其对界面IMC层生长的抑制效果先上升后下降。使用0.1 wt.%表面修饰CNT复合助焊剂处理焊点对界面IMC层生长的抑制作用最明显。此外,为了研究超声振动对复合助焊剂焊点的影响,在复合助焊剂焊点制备过程中使用超声辅助焊接。实验结果显示,超声振动能降低界面IMC层厚度,细化IMC晶粒,显著提升焊点的剪切强度。在回流焊过程施加超声后,焊点的断裂方式由混合断裂转变为韧性断裂。
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