严酷多场耦合条件下SnBi-0.05Sm Cu微焊点的可靠性研究.docx

摘要: 电子制造技术作为推动工业4.0进程的决定性因素，已经越来越受到研究人员的重视。但当前阶段，对于无铅微焊点的研究多局限在单一的物理场条件下，这与微焊点的实际服役条件不相符合。事实上，微焊点长期服役在多物理场综合作用的条件下，这比单一场作用严酷复杂的多。本文基于自制的多场耦合时效装置，以SnBi-0.05Sm无铅复合钎料为对象，分别研究了时效时间和高低温条件对钎料显微组织及界面化合物演变规律。

研究发现多场耦合高低温条件下钎料心部及两端Bi相占比均随时间大致呈“M”型变化趋势，低温条件下心部Bi相占比比高温要高。两端Bi相占比由热迁移和电迁移这对矛盾强弱决定。综合考虑，中等应力低电流条件下的焊点两端Bi相占比最低，性能较为优良。随着多场耦合时效时间的延长，钎料基体中出现Bi相和Sn相的富集偏聚，正热端和负冷端的组织均逐渐粗化，负冷端则出现较多的空洞。高低温条件下，随着多场耦合时效时间的延长，正热端的IMC层逐渐增厚（100℃增厚86%、200℃增厚95%），负冷端的IMC层逐渐剪薄（100℃剪薄95%、200℃剪薄88%）。综合考虑，服役在中等电流和应力条件下的微焊点的性能更为可靠。随着多场耦合时效时间的延长，正热端IMC层逐渐由扇贝状变为平直状，而负冷端由扇贝状逐渐变为锯齿状，甚至与钎料基体分离。

关键词 多场耦合；SnBi；Sm；界面化合物；显微组织

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1课题背景-1

1.1.1电子封装技术的发展-1

1.1.2钎焊技术及分类-1

1.1.3 SnPb系钎料存在的问题-2

1.2新型无铅钎料-2

1.2.1无铅钎料的基本要求-2

1.2.2无铅钎料的研究现状-3

1.2.3 SnBi系合金钎料及其研究动态-3

1.2.4稀土元素对无铅钎料的影响-5

1.3无铅钎料界面化合物的研究现状-5

1.3.1界面化合物-5

1.3.2界面化合物的研究现状-7

1.4课题研究意义及内容-8

1.5课题研究技术路线-9

2实验方法及材料制备-10

2.1实验材料的制备-10

2.1.1SnBi-0.05%Sm复合钎料的制备-10

2.1.2SnBi-0.05%Sm搭接接头的制备-11

2.1.3SnBi-0.05%Sm“C”型剪切试样的制备-13

2.1.4SnBi-0.05%Sm金相试样的制备-14

2.2多物理场耦合时效实验装置-15

2.2.1应力加载系统-17

2.2.2温度梯度系统-17

2.2.3磁场加载系统-19

2.2.4电场加载系统-20

2.3实验方法-21

2.3.1EDS能谱分析-21

2.3.2微焊点显微组织观察-21

2.3.3界面IMC层厚度测量-21

3实验结果及分析-22

3.1多场耦合对钎料显微组织的影响-22

3.1.1多场耦合时效对显微组织的影响-22

3.1.2时效时间对高低温大电流高应力 Bi相占比的影响-25

3.1.3一定时间条件下其他多场参数对Bi相占比的影响-27

3.2多场耦合对界面IMC层的影响-30

3.2.1界面IMC层厚度变化规律-30

3.2.2界面IMC层形貌演变规律-33

3.2.3界面IMC层生长动力学-35

结论-38

致谢-39

参考文献-40