【摘 要】
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随着微电子技术的发展,无铅化、微型化逐渐成为电子产品和封装技术的发展趋势。目前,民用消费类电子器件已基本实现无铅化,但在医疗、航天及军工等特殊领域,出于保障产品性能和可靠性的目的,虽然采购无铅元器件,却依然沿用有铅的焊接技术,不可避免的出现了无铅元器件与含铅钎料的混装焊点。然而,目前关于不同熔合度混装焊点在高温时效、电迁移条件下的微观组织变化及可靠性缺乏全面和系统性的研究。本论文采用峰值回流温度2
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随着微电子技术的发展,无铅化、微型化逐渐成为电子产品和封装技术的发展趋势。目前,民用消费类电子器件已基本实现无铅化,但在医疗、航天及军工等特殊领域,出于保障产品性能和可靠性的目的,虽然采购无铅元器件,却依然沿用有铅的焊接技术,不可避免的出现了无铅元器件与含铅钎料的混装焊点。然而,目前关于不同熔合度混装焊点在高温时效、电迁移条件下的微观组织变化及可靠性缺乏全面和系统性的研究。本论文采用峰值回流温度240℃和220℃的两种回流曲线,分别制备Cu/Sn-Ag-Cu/Sn-Pb/Cu完全熔合（Sn-Ag-Cu和Sn-Pb完全混合,Pb相分布在整个焊点中）和部分熔合（Sn-Ag-Cu和Sn-Pb部分混合,Pb相分布在焊点一侧）的混装焊点,以纯Sn-37Pb焊点（回流焊接过程中Sn-Pb完全熔化）作为对照组,研究了不同熔合度Cu/Sn-Ag-Cu/Sn-Pb/Cu混装焊点在高温时效和电迁移条件下的可靠性,论文的主要研究结果总结如下:（1）高温时效实验结果表明:三种焊点的界面金属间化合物（IMC）厚度都随着时效时间的增加而不断增加,完全熔合混装焊点两侧IMC生长速率最慢,时效1000 h后,两侧界面IMC厚度最小。时效过程中,钎料基体中的富Pb相不断粗化,同时Pb原子不断地在金属间化合物/钎料（IMC/solder）界面积聚,形成IMC界面富Pb相的隔离层,大大降低了焊点的可靠性。相比于部分熔合混装焊点和Sn-Pb焊点,完全熔合混装焊点中富Pb相粗化不明显,IMC界面富Pb相隔离层的厚度最低。（2）剪切实验结果表明:3种焊点的初始剪切强度相差不大,随着时效时间的增加,完全熔合和部分熔合的混装焊点剪切强度先增加后减小,而Sn-Pb焊点的剪切强度一直降低。时效1000 h后,完全熔合混装焊点的剪切强度最高,为30.0 MPa,比部分熔合混装焊点的剪切强度（27.6 MPa）高8.7%,比Sn-Pb焊点的剪切强度（20.4 MPa）高47.1%。三种焊点的断裂位置都由初始的钎料内部逐渐转移至IMC界面富Pb相隔离层,混装焊点的断裂模式由初始的韧性断裂最终转变为韧-脆混合断裂,而Sn-Pb焊点的断裂模式始终为韧性断裂。（3）电迁移实验结果表明:在150℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,三种焊点阳极界面IMC的厚度均大于阴极界面IMC的厚度,出现明显的极性效应现象,其中完全熔合混装焊点阳极界面的IMC生长速率大于部分熔合混装焊点和Sn-Pb焊点。阴极界面IMC的生长较为复杂,电迁移过程中观察到完全熔合混装焊点阴极界面IMC厚度先减小后增加,而部分熔合混装焊点和Sn-Pb焊点的IMC厚度一直增加。电迁移200 h后,完全熔合混装焊点能明显抑制阴极裂纹的形成。
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