热电耦合作用下Sn-0.7Cu(-0.5Ni)与Cu基板间的润湿及界面反应研究

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电子工业的快速发展对无铅软钎料的性能提出了新的要求。在众多类别的无铅软钎料中，Sn-Cu系钎料以其较高的性价比而成为科学研究和商业开发的重点。如何提高Sn-Cu系钎料的性能以提高钎焊焊点的可靠性，是目前关于Sn-Cu系钎料的研究热点。而在电子产品的生产过程中，钎料在被连接材料表面的润湿性以及钎料与连接材料间的界面反应是影响可焊性及决定焊点可靠性的关键因素。研究钎料与基底的连接过程、并借此进一步理解焊点微观组织的形成特点及其形成机制，是研究提高焊点可靠性途径的重要方向。钎料熔融状态下的电迁移与固态条件下的电迁移有明显的区别，对液态电迁移的研究有助于探讨钎焊过程组织演化及深入理解固态电迁移的机制。因此研究热电耦合作用下钎焊过程中界面反应、润湿性及电迁移，对设计新的无铅钎料及改善钎焊工艺有着积极的意义。
　　首先进行了热、电耦合作用下Sn-0.7Cu/Cu结构的润湿性实验，测量了焊接焊点钎料与Cu基板间的润湿角，对热、电耦合作用下钎料与Cu基板的润湿性及润湿过程微观机制进行了分析。研究发现，电流的密度及方向对钎料与基板间的润湿性均有较大影响:在实验温度、电流密度相同的条件下，Cu基板为阳极时钎料润湿性比Cu基板为阴极时润湿性更好;而当Cu基板极性相同时，在同样的实验温度下，电流密度越大，钎料钎料润湿性越好。
　　其次，本文针对Sn-0.7Cu钎料与纯Cu基板间的界面反应过程进行了研究，分析了界面反应过程中IMC的生长方式;对比分析了通电、不通电两种条件下IMC生长状况的异同，由此以分析电流在其间所起的作用。同时分析了焊点的结构对IMC生长的影响。结果表明，无电流作用的Sn-0.7Cu/Cu结构钎焊焊点内部IMC形成空心六棱柱状;有电流作用时焊点内IMC形成被拉长的空心六棱柱状，其拉长方向与电流方向一致。而Cu/Sn-0.7Cu/Cu三明治结构焊点内部形成的IMC在双扩散源作用下而并未成为被拉长的形貌。而在电流作用下两种结构的阴极界面IMC层均较薄而阳极界面IMC层较厚，且阴极界面出现了细棱柱状IMC，阳极界面则没有出现。
　　最后鉴于在Sn-0.7Cu钎料中添加Ni元素将有效地提高钎料的性能，本文研究了在钎料中添加0.5wt％的Ni元素对钎料与Cu基板间的界面反应产生的影响，并分析了添加Ni元素之后在热电耦合作用下的钎焊过程中发生的元素迁移。研究发现，在Sn-0.7Cu钎料中添加0.5％的Ni元素后，钎料与Cu基板界面反应生成的IMC层变得更平滑、更致密，这样的形貌和分布对焊点的力学性能等产生了有利的影响。热、电作用方向相同，则二者互相促进，元素迁移效果加强，反之则互相抵消，元素迁移效果弱。

著录项

作者
程浩;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科材料表面工程
授予学位硕士
导师姓名潘学民;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG425.1;
关键词
Cu基板; Sn-Cu系钎料; 热电耦合; 界面反应; 润湿性;

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