Sn-Cu亚共晶钎料用钎剂的优化及钎焊接头界面IMC的研究

【摘要】：在电子产品无铅封装的推广应用过程中,由于无铅钎料的熔化温度比含铅钎料高,且在熔化以后其液态钎料对母材的润湿能力低,所形成的焊点可靠性差等缺点,使得适用于含铅钎料的钎剂难以用来与无铅钎料匹配适用。另外,在电子封装微互连焊点的钎焊界面,由于无铅钎料中金属锡的含量很高,使得金属间化合物(IMC)的形成、生长和演变加快,对焊点服役的可靠性会产生非常不利的影响。同时,由于目前电子封装微互连焊点的几何尺寸越来越小,使得本征脆硬相IMC在微焊点中所占的比例越来越大,以致IMC对微焊点乃至电子产品可靠性的影响起着非常关键的作用。因此,研究一种与无铅钎料匹配使用的钎剂,并考察钎焊界面金属间化合物IMC的形成、生长和演变是一项重要的课题。 我们近期研究了一种与亚共晶Sn-0.65Cu钎料匹配使用的钎剂,其助焊性能良好,但其焊后残留物较多,腐蚀性较大。为了解决这些问题,本文进行了亚共晶Sn-0.65Cu钎料用钎剂的优化研究,同时考察了钎焊时间、钎焊温度、热时效时间以及采用不同钎剂对界面IMC厚度的影响,并就相关问题进行了深入分析与探讨。 本研究得到的主要结论如下: (1)为了降低焊后残留在基板上的残留物和腐蚀性,减少了钎剂中氢化松香以及活性剂的含量,并通过选取及添加适量的表面活性剂来增强润湿性能,增大水萃取液电阻率。 (2)以焊后残留物、扩展率、水萃取液电阻率以及腐蚀性为指标,进行了相关实验,通过深入分析研究得到了较好的钎剂配方:氢化松香10%,戊二酸5%,月硅酸0.7%,丁二酸0.7%,壬基酚聚氧乙烯醚0.5%或二溴丁烯二醇2%,余量为异丙醇。 (3)该钎剂与亚共晶Sn-0.65Cu钎料匹配使用时,钎焊温度、钎焊时间和热时效时间以及钎剂的活性对界面IMC的生长均有重要影响,其影响规律如下: 提高钎焊温度会加速IMC的生长,使得界面IMC长大变厚;随钎焊时间的延长,界面IMC的厚度增加,其IMC的厚度与钎焊时间的0.4次幂成正比关系;界面IMC的厚度随着热时效时间的延长而增大,并且界面IMC的厚度与时效时间的平方根成正比关系,表明其IMC的生长受扩散机制控制。在一定条件下,钎剂的活性越高,其助焊能力越好,钎料与母材之间的相反应则越剧烈,界面IMC的厚度则会越大。

【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG425