【摘 要】
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电子元器件向着微型化、集成化和无铅化发展,Sn-Bi焊点以良好的润湿性,较高的强度等优点受到广泛关注。电子封装日益趋向高密度发展,芯片在工作中产热量增大,研究焊点在服役过程中热可靠性问题具有重要的意义。本文首先研究了添加少量Ag和Cu单一合金元素对Sn-15Bi钎料显微组织、润湿行为和力学性能的影响。结果发现,合金元素Ag和Cu的添加使得钎料晶粒细化。Sn-Bi-Ag合金的极限抗拉强度随着Ag含量
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电子元器件向着微型化、集成化和无铅化发展,Sn-Bi焊点以良好的润湿性,较高的强度等优点受到广泛关注。电子封装日益趋向高密度发展,芯片在工作中产热量增大,研究焊点在服役过程中热可靠性问题具有重要的意义。本文首先研究了添加少量Ag和Cu单一合金元素对Sn-15Bi钎料显微组织、润湿行为和力学性能的影响。结果发现,合金元素Ag和Cu的添加使得钎料晶粒细化。Sn-Bi-Ag合金的极限抗拉强度随着Ag含量的升高而增大,Sn-Bi-Cu合金的极限抗拉强度随着Cu含量的加入略有下降。Ag和Cu元素的添加,提高了Sn-15Bi钎料的润湿性,合金在Cu基板上的润湿性比在Ni基板上的润湿性好。其次,本文重点研究了不同Ag、Cu含量的BGA结构Sn-15Bi-x Ag/Cu（Ni）和Sn-15Bi-x Cu/Cu（Ni）焊点在时效前后的显微组织和剪切性能,并深入探讨了焊点界面冶金反应、界面金属间化合物（IMC）生长动力学和焊点断裂模式等问题。结果表明,Ag的添加抑制了Sn-15Bi-x Ag/Cu界面金属间化合物Cu6Sn5的生长,而对Sn-15Bi-x Ag/Ni界面金属间化合物Ni3Sn4的生长影响不大。Cu的添加促进了Sn-15Bi-x Cu/Cu界面金属间化合物Cu6Sn5和Sn-15Bi-x Cu/Ni界面金属间化合物（Cu,Ni）6Sn5的生长。Ag的添加增加了焊点的韧性,提高了焊点的剪切强度,而Cu的添加增加了焊点的脆性,降低了焊点的剪切强度。最后本文对Cu（Ni）/Sn-15Bi-x Ag/Cu（Ni）和Cu（Ni）/Sn-15Bi-x Cu/Cu（Ni）结构在热循环前后的显微组织和界面IMC生长动力学以及热循环条件下BGA焊点的剪切性能进行了研究。焊点中固溶在Sn中的Bi在热循环过程中逐渐析出聚集。在热循环1200周期后的Ni/Sn-15Bi-x Ag/Ni焊点界面处的钎料和界面金属间化合物层之间有裂纹的产生,而其他焊点未发现有裂纹的产生。在热循环过程中,Sn-15Bi-1Cu/Ni焊点在热循环过程中剪切强度最为稳定,其他焊点的剪切强度随着热循环时间的延长而降低,添加Ag的焊点比添加Cu的焊点的剪切强度下降更为缓慢。
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