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随着电子封装工业的高速发展,实际工业生产对结合金属、陶瓷(硬玻璃)多方优势性能的钎焊连接件提出了新的要求。Kovar合金在固定温度范围内的热膨胀系数与陶瓷(硬玻璃)具有高度的相似性,导致其在电子封装领域占有其他金属材料无法替代的地位。Kovar合金在真空电子产品中的广泛应用将引起其在服役过程中的一系列问题,而对Kovar合金与Sn基钎料之间钎焊反应的研究极其匮乏,深入细致研究其焊点界面反应及可靠性,对Kovar合金在电子封装领域中的应用具有重大意义。本文选用综合性能较为优异的Sn37Pb焊膏和Kovar合金作为实验钎料和母材。本文通过将Sn基钎料/Kovar焊点分别置于120、150和170℃三种温度下的恒温时效炉中执行时效处理,时效时间分别为0,24,120,240和360小时,以此探究Sn基钎料/Kovar焊点界面反应以其微观组织机构演化。实验结果表明,回流反应后,大量的IMC(AuSSn4,(Au,Ni)Sn4)分布在钎料基体中,Sn37Pb钎料和Ni层之间形成双层IMC结构:(Ni,Au)3Sn4相和AuSn4相。随着时效时间的延长,Sn37Pb/Kovar焊点界面IMCs层组织结构由AuSn4/(Ni,Au)3Sn4转变为(Au,Ni)Sn4/Ni3Sn4,且界面总IMC厚度不断增加。等温时效过程中,界面IMC层的总厚度与时效时间的平方根呈现线性相关。这种线性关系表明固态时效过程中Sn37Pb/Kovar焊点界面IMC层的生长由体积扩散机制控制。通过计算后得到焊点界面总IMC的活化能(Q)值约为95.96 kJ·mol-1。为了研究该焊点的界面反应及微观组织结构,将制备的Kovar/Cu/Sn37Pb/Cu/Kovar 焊点置于 150℃下分别时效处理 0,24,120,240 和360小时,同时,通过剪切测试,探究焊点在不同时效时间处理后其剪切强度的变化规律及失效机理。实验结果表明,Kovar合金基板表面引入的电镀铜层有效增强了 Sn37Pb/Cu/Kovar焊点的剪切强度。在相同等温时效时间下,Sn37Pb/Cu/Kovar焊点的剪切强度随着铜厚度的增加呈现先增大后减小的趋势,这一现象可以通过焊点界面IMCs层厚度对其剪切强度的影响来解释。随着等温时效时间的增加,Kovar/Cu/Sn37Pb/Cu/Kovar焊点的剪切强度明显降低,这可能与界面IMC层较厚导致裂纹扩展敏感性升高有关。此外,通过对Kovar/Cu/Sn37Pb/Cu/Kovar焊点执行加载不同应变速率的剪切测试,结合不同厚度的铜,以此探究应变速率和电镀铜层的厚度对该焊点可靠性的协同作用。实验结果表明,回流反应后,一层被间断的AuSn2 IMC层覆盖的单层AuSnIMC层(Kovar侧)出现在Sn37Pb钎料和Kovar基板之间。当电镀Cu箔被应用于Kovar合金基板表面时,单层界面IMC层从AuSn相变为(Au,Cu)Sn相。随着应变速率的增加,Sn37Pb/Cu/Kovar焊点的剪切强度呈现先增强后减小的趋势,当应变速率为6.67×10-1 s-1时,焊点的剪切强度达到最大值。这一现象可以通过一定范围的应变速率下,焊点的断裂机理可能是由钎料控制或者IMC控制来解释。此外,Kovar合金基板上的电镀铜工艺有效地降低了焊点的应变速率敏感性。