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1、Sn—Ag—Cu焊点IMC生长规律及可靠性研究羼._量程QualityEngineeri服役过程中,Sn—Ag—Cu焊料与基体金属间形成的金属间化合物(IHC)及其演变是影响焊点可靠性的主要因素之一.本文针对Sn-Ag—Cu焊料与Cu和Au/N1/Cu界面形成的IHC,分析其回流和时效过程中IMC的变化规律.关键词:无铅;金属问化合物;可靠性;回流焊;时效中图分类号:TN306,0614文献标识码:A文章编号:1003—0107(2006)08—0025—05Abstract:Sn-Ag-Cual
2、loyisoneofthepromisinglead?freealloyscurrentlybeingevaluatedbyindustrywhileenteringthelead-freeera.Intermetalliccompound(IMC)isoneofthemainfactorsofreliabilityintheprocessofreflowandserviceofelectronicproducts.ThispapersummarizesthechangeofIMCsinsolde
3、rjointsbasedonSn?Ag-CualloywithCuOFAu/Ni/Cuwhilereflowingandaging.KeywordIs=Lead-free:Intermetalliccompound:rel[ability;Reflow;AgingCLCnumb●nTN306.O614Documentcode:AArtlcleIo:1003-0107(2006)08-0025.05在电r封装工艺l{】,传统的Pb—sn合十其优良的焊接性能一直作为埘装工艺中首选的焊料.但电子产牖If
4、,Pb的存在会对环境造成污染,直接或间接地威胁人类的健康一.近年来,国际上对无铅的呼声愈来愈高,并且通过立法的厅式来限制对Pb的使用,例如欧盟的wEEE(astcjnE1ectr{ca1andElecLI'on{cEquipment)卡口Roils(ReductionofHazardousSubstanccs)l_..I.但是无铅化后,电子产品的可靠性始终足人们所关注的再要问题II.研究表明,无铅焊料与焊盘之间形成的金属问化合物(IⅥc)层是影响焊点可靠性的重要问题之一I.不仪如此,在电子:品使用
5、过程巾,IIc层也会发生变化,因此对lIc变化规律的了解和掌握,是控制IIc演变及提高产品可靠性的前提.存众多的厄铅焊料巾,snAg一2006薰08期cu是最有希望替代sn—Pb合金,有了较多的相关研究.在焊点.连过程III-常以cu作为焊盘,f由于cu极易溶解到焊料巾,并在互连界而形成人量IIc,消耗人量的cu,可能导敛焊点出现可靠性问题.在cu上镀…层j作为阻挡层,可防止cu的消耗,但j易氧化,通常在上镀一薄甚,u以作保护,这样就形成了,u//cu的LI(焊点一卜金属)层.本文
6、将以snAg—cu焊料为研究对象,分别以cu和1,u/j/cu为焊盘,综述焊点在回流过程和时效过程中lMc的生长变化规律,讨论其对焊点可靠性的影响.1.回流过程中IMC的形成与变化规律钎焊是形成焊点的第一步,也是I～Ic初始形成的阶段.研究表明,在钎焊过程IfI,j,Ic的形成以化学反应为主导,井且随着钎焊的进行,互连界而处Ilc逐渐增厚.1.1Sn—Ag—Cu/Cu界面IHC当cu作为焊麻I时,在回流焊过程iII-焊料首先cu发冶金反应,在连界而处,溶解到焊料I】的cu元素,在界而处彤成局部
7、饱和的衡状态,在此处形成IIc.研究发现,该IIc为T1c-】sn卡目.随着反应的进行,界面I,1c层厚度增加,阻碍rcu向焊料I,的溶解,起阻挡作用.借助cu—sn兀合金相图可以发现,cu盘和T1cusn.相之间并非完全稳定结构,随着温度的进一步升高,在两者之间产牛相只寸平士目的￡一cuSn卡目….d1fcusn相较cusn相硬且脆II,其存在对可靠性产生较人的影响.界面形成的T1一cu,sn:局部呈崩贝状,并伸向焊料内部.回流次数的增加和峰值温度的升高等,都加速rT1一cuSnq长和cus
8、n的形成.研究发,在cu/Cusn界面的ELECTRONICSQUALITY圣寻质童●●●●●●::柯肯特尔(Kirkenda11)效应而产生会重新向界面移动,以形的柯特尔孔洞…,严重影响到定的Cu-u-i—Sn四相金了焊点的可靠性.钎焊过程中和焊物,常用(Cu一l,u.i.)S点形成后微观组织分别如图1～1…I,分子式I.回流焊结束图1-2所示…I.回流之后的焊料内现焊料中并不存在Au元素弥散分布的细微Ag.Sn颗粒,对提高钎焊过程if?溶人焊料中的焊点强度和抗蠕变性能有一定
