Cu含量对SnAgCu钎料合金显微组织和力学性能的影响

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1、北京工业大学硕士学位论文Cu含量对SnAgCu钎料合金显微组织和力学性能的影响姓名：申灏申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：郭福20090501摘要曼曼曼!曼曼!!曼曼曼曼曼I一_II一．IIIII_I!摘要微电子封装中，钎料合金和基板材料的选择会对接头的显微组织产生影响，而钎焊接头的显微组织是决定其可靠性的关键因素。通过调整钎料合金得到更好的显微组织，对提高接头可靠性有十分重要的意义。本文研究了Cu含量对SnAgCu合金钎料Cu基板及镀Ni基板钎焊接头显微组织和力学性能的影响，分析了SnAgCu合金钎料与镀Ni基板的界面反应以及界面处的Cu-Ni．Sn三元金

2、属间化合物的成分、形貌，对提高SnAgCu合金与镀Ni基板钎焊接头可靠性提供了可借鉴的理论和实验依据。Cu含量对SnAgCu合金钎料Cu基板钎焊接头的显微组织及其在等温时效过程的演变影响不大。但是过高的Cu含量会降低钎焊接头的力学性能，并造成等温时效过程中钎焊接头力学性能的快速下降，这是由于钎料基体中有大块Cu6Sn5金属间化合物生成。Cu含量对SnAgCu合金钎料镀Ni基板钎焊接头的显微组织有很大影响，并在界面反应中起主导作用。当Cu含量没有超过钎焊状态下Cu在Sn中的溶解度时，界面反应以Ni．Sn反应为主导，钎料中的Cu元素与NiaSn4中的Ni元素发生置换，界面处

3、生成(NixCUl_x)3Sn4金属间化合物，并且部分(NixCUl．x)35114向钎料基体中分离。当Cu含量超过钎焊状态下Cu在Sn中的溶解度时，界面反应会优先发生在Cu．Sn之间，然后再发生Ni．Sn之间的反应，界面反应过程中，Ni元素与Cu6Sn5中的Cu元素发生置换，Cu元素与Ni3Sn4中的Ni元素发生置换，最终界面处生成(CuxNil．x)6Sn5金属间化合物，钎料基体一侧为之后生成的州ixCul-x)3Sn4金属间化合物。当钎料中Cu的含量超过一定值，既在钎焊过程中，Cu含量处于过饱和状态，界面反应始终为Cu．Sn之间的反应，界面处只有(CuxNil．x

4、)6Sn5金属间化合物生成。提高SnAgCu合金钎料中Cu元素的含量，可以改善其与镀Ni基板钎焊接头的显微组织，减少焊后及等温时效中镀Ni层的消耗，降低富P层的厚度，从而提高钎焊接头的力学性能。因此，在镀Ni基板的钎焊中，应选用较高Cu含量的SnAgCu合金钎料。关键词无铅钎料；Cu含量；镀Ni基板；显微组织；力学性能；ABSTRACTABSTRACTAsthekeyissueofthereliabilityoflead-freesolderjoints，themicrostructureofsolderjointswasaffectedbychoicesofsolde

5、ralloyandsubstratematerialsduringsolderingintheelectronicpacking．FinermicrostructurewasobtainedbytheapplicationofthemostproperatesolderalloywhichcouldimprovedthereliabilityofsolderjointssignificantlyInthisresearch，theeffectofCucontentsinSnAgCusolderalloysonmicrostructureandmechanicalprop

6、ertieswereinvestigated．Besides，thecomponentandmicrostructureofCu-Ni-Snternaryintermetalliccompound(IMC)whenSnAgCusolderalloyjointsonelectrolessNi—Punder—bumpmetallurgy(UBM)wereanalyzed．ThemicrostructureanditsgrowthatisothermalagingprocesswerenotobviouslyaffectedbyCucontentswhenSnAgCusold

7、eralloyweresolderedonCusubstrate．ButthemechanicalpropertiesofsolderjointswerereducedandrapidlydeclinedbytheformationoflargeCu6Sn5IMCinthesoldermatrixwhentherewerellighCucontentsinsolderalloy．TheeffectofCucontentsonmicrostructurewassignificantwhenelectrolessNi．PUBMwasused．