论文部分内容阅读
随着第三代半导体和电子封装技术的进步,对互联焊点的耐高温性能提出了更高的要求,开发新型耐高温无铅钎料已经成为目前功率器件封装领域的迫切需求。本文主要以适合功率器件互联的Sn5Sb基钎料与Cu镀Ni基板连接为研究对象,Sn5Sb钎料添加微量Cu、Ni、Ag三种元素,获得Sn-Sb基钎料Sn-5Sb-0.5Cu-0.1Ni-0.1Ag、Sn-5Sb-1Cu-0.1Ni-0.1Ag、Sn-5Sb-0.5Cu-0.1Ni-0.5Ag。将其在有镀Ni阻挡层的Cu基板上焊接并分别与Sn5Sb、SAC305钎料进行微观组织和力学性能的对比分析。根据行业标准,将焊点在150°C下的高温时效炉中进行保温,时效时间分别为:0h、504h、1008h、1512h、2016h。首先分析三种钎料在不同助焊剂作用下的润湿性;借助SEM和EDX分别对钎料Sn5Sb-Cu Ni Ag、Sn-5Sb、SAC305进行微观组织对比分析,分别研究体钎料在时效过程中的基体组织及化合物的演变规律,界面化合物的生长随时效时间的演变规律;分别进行纳米压痕和剪切强度实验,对焊点的体钎料硬度、弹性模量和剪切强度等力学性能进行测试,分别获得添加微量元素的三种新钎料和Sn5Sb、SAC305的力学性能随时效时长的变化规律。三种钎料润湿性分析结果表明:在焊接温度290oC、助焊剂RMA218条件下,焊接30s可以得到最小的接触角,润湿性达到最佳;添加适量的Cu、Ag元素能够降低钎料的固相线温度,改善Sn5Sb-x Cu Ni Ag钎料的润湿性能,添加1%Cu时表现为润湿性下降,然而添加微量的Ag元素可是润湿性略微的提高。微观组织分析结果表明:Sn5Sb-Cu Ni Ag和SAC305体钎料中主要为块状化合物(Cu,Ni)6Sn5和颗粒状银锡化合物,Sn5Sb钎料主要为块状化合物(Cu,Ni)6Sn5。随时效时间延长,体钎料中的化合物均变得粗大。界面化合物层明显变厚,化合物形貌从不规则的锯齿状逐渐向平缓均匀的层状转变。Sn5Sb-Cu Ni Ag焊点的界面化合物层厚度比Sn-5Sb、SAC305焊点的界面化合物层厚度相对较薄,Sn5Sb-Cu Ni Ag焊点具有更好的抗热时效性能。Sn5Sb钎料中添加0.5Cu和0.1Ni元素对界面IMC的生长速率有抑制作用。力学性能分析结果表明:Sn5Sb-x Cu Ni Ag/Ni焊点体钎料的显微硬度比Sn-5Sb、SAC305焊点体钎料的显微硬度要高,其中C钎料的硬度最高,随时效时间的延长,弹性模量从时效0h开始逐渐增加,当时效到504h后达到一个高峰值,随后又下降,到时效到1008h时为低谷值,直到时效到2016h,五种焊点体钎料的弹性模量均呈现先增高-在减少-增高-降低的变化趋势,弹性模量呈现“M”曲线形式随着时效时间的延长,焊点的剪切强度整体的趋势均呈现先增大后下降最后逐渐趋于平缓的状态。时效到360h时前两种焊点Sn5Sb-x Cu Ni Ag剪切强度均上升,第三种Sn5Sb-x Cu Ni Ag焊点在时效144h时达到最高值,时效到360h时变化不大,但是在五种钎料中剪切强度仍然保持最高。