al、in对snagzn焊料组织形成的影响及连接界面的研究

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1、摘要可靠性是现代电子封装技术面临的最大难题，发展满足实际使用要求的自适应无铅焊料已成为当务之急。通过迸一步添加其他组元、控制连接界面上金属间化合物的形貌及类型，已成为高性能无铅焊料开发和提高焊点可靠性的重要途径。这里选择可能析出具有形状记忆性能的AgZn相的Sn一3．7％Ag一0．9％Zn焊料合金为基本体系，通过添加第四组元，期望进一步促进AgZn相的析出，改善焊料性能，并对Sn-Ag-Zn／Cu的连接界面进行了初步研究。首先系统研究了Al和In的加入对平衡与水冷Sn-Ag-Zn焊料组织形成过程的影响。研究结果表明：A1和In的加入显著影响焊料组织形貌，其中Al的加入促进金属问化合

2、物Ag：A1的形成，抑制AgZn相的析出；In的加入对焊料组织的影响与冷却速度有关，较低冷速下不会改变焊料的相组成，只改变焊料组织形貌，且条状混合组织(由Ag。Sn和AgZn构成)的生成归因于AgsSn和AgZn相对In原子的吸附作用，较高冷速下组织中只有Ag。Sn金属间化合物，抑制了AgZn相的析出。其次，通过高温时效来模拟上述焊料在服役过程中的组织演化。对于平衡焊料，高温时效不会改变它们的相组成，但可以促进组织中未充分长大的金属间化合物继续长大，并最终使组织细化：对于水冷焊料。高温时效对含A1焊料的影响同平衡焊料一样，也是促进金属间化合物长大及细化组织，而在含In焊料中，高温时

3、效消除了In对AgZn相的抑制作用，AgZn相在时效过程中再次析出，同时Ag。Sn相继续长大，其对含In焊料组织的细化作用主要体现在粗大B—Sn相枝晶的变小，甚至消失。最后，对不同保温时间Sn-3．7％Ag一0．9％Zn／Cu的连接界面作了初步的研究。连接界面的形成分为三个阶段：反应初期生成的是cu。zn。层；随着保温时间的延长进入反应中期，不稳定的Cu。Zn。层从底部开始分解形成Cu。Sns层，这一阶段受Sn在Cu。Zn8层中的扩散控制；反应末期Cu。Sn。层己完全取代Cu。Zn。层，并继续长大，这一过程受Sn原子在Cu6Sn。层中的扩散控制的(连接界面的分步形成导致实验确定的扩

4、散系数略大于文献值)。关键词：无铅焊料，Sn-Ag-Zn，金属问化合物，显微组织，连接界面，扩散ABSTRACTReliabilityiscertainlythemostlmportantconcernmmodernelectronicpackaging，andthedevelopmentofself-adaptivelead—fleesolderisurgentlyexpectedtomeetthestrictrequirementsofactualproductioninrecentyears．Bothcontrollingthemorphologyandtypeofinter

5、metalliccompounds(IMCs)inthesolderedinterface，andtheadditionofmorealloyingelementsarethepromisingwaysforexploringhighperformancelead—freesolderandenhancingthereliabilityofsolderjoint．ForallAgZnIMCsexhibitingashapememoryeffectmayseparateoutinthemicrostructureofaSn-3．7％Ag-O。9％Znsolderalloy,thead

6、ditionofthefourthalloyingelementinthisbasicsystemisproposedforthepromotionoftheAgZnphaseandfurtherimprovementofitsproperties．Furthermore，theevolutionofinterracialstructurebetweenSn·Ag-ZnsolderandCusubstratcisinvestigated．Firstly,theeffectsoftheadditionofA1andIncomponentsonthemicrostmcturalform

7、ationofequilibriumandwater-cooledSn—·Ag·-Znsolderwassystematicallyinvestigated．ItisfoundthattheadditionofA1andInadjustthemicrostructuralmorphologyoftheSn一3．7％Ag一0．9％Znsoldergreatly,especially,A1promotestheformationofA92A1IMCsandrestrain