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出于环境保护法和现代微电子高集成化发展的要求,高性能的无铅焊料的研究和开发已经成为材料和电子界的热点课题之一。在众多无铅焊料体系中,Sn-Ag系焊料已成为公认的最为理想的无铅焊料,现已广泛应用于生产制造中,但Sn-Ag焊料仍有一些不足和缺点,例如高熔点、高成本等。目前,国内外的研究人员通过添加第三组元的方法改善Sn-Ag系合金焊料的性能,其中Sn-Ag-Cu和Sn-Ag-Zn合金焊料最为被业内人士看好。Sn-Ag-Cu焊料在Cu基板上有较好的润湿性,但焊点界面可靠性差,成本高,同时已基本被国外专利所覆盖。而Sn-Ag-Zn焊料,特别是低银Sn-Ag-Zn焊料是目前新的研究热点,其具有低熔点、良好的机械性能和焊点界面可靠性,但其研究体系尚不完全,特别是对其在不同基板的界面可靠性的报道较少。本文对多种成分低银Sn-Ag-Zn的性能进行研究,从中优化选取Sn-2Ag-2.5Zn为主要研究对象,对其在Cu、Ni、Ni-W(3%W和10%W)基板焊接后,焊点界面形貌和界面金属间化合物(IMC)的生长状况进行了分析和研究。研究表明:在低银Sn-Ag-Zn体系中,从机械性能、润湿性和微观组织等角度出发,Sn-2Ag-2.5Zn具有最良好的综合性能,包括良好的拉伸强度、延伸率和润湿性,微观组织为分布有弥散细小的β-Sn+AgZn相的等轴晶形貌。Sn-2Ag-2.5Zn焊料焊接于裸Cu基板,经过150℃老化后在界面处形成双层IMC结构,由Cu基板向焊料方向依次形成Cu5Zn8和Ag3Sn,界面Cu5Zn8的生长速率常数只有1.1-18 m2/s,老化200h后Ag3Sn的厚度只有2.5μm左右,双层结构IMC互相阻隔和抑制。Sn-2Ag-2.5Zn焊料焊接于镀有Ni阻挡层Cu基板后表面生成Ni3Sn4层,其厚度随150℃老化时间延长增加缓慢,老化600h后Ni3Sn4层的厚度只有1μm左右且形貌平整,没有出现其他合金元素在界面附近的聚集并形成破坏界面可靠性的IMC,Ni阻挡层起到良好的阻挡效果。Sn-2Ag-2.5Zn焊料焊接于镀有Ni-W阻挡层Cu基板后表面产生0.5-0.8μm的Ni3Sn4层,同时Ni-W阻挡层由于Sn扩散进入和Ni的消耗,W相对于Ni含量增加而部分转化为亮层结构。在Ni-W阻挡层转化为亮层的过程中,Ni3Sn4的厚度增加且形貌平整度下降。Ni-W阻挡层完全转化为亮层后,Sn会进一步扩散并与Cu基板发生反应,在Ni-W阻挡层下表面和Cu基板表面形成Ni3Sn4层和Cu6Sn5层。