共晶snagcu焊料與al

1、共晶共晶SnAgCuSnAgCu焊料與焊料與AlNiAlNi（V）CuCu薄膜間界面顯微組織的轉(zhuǎn)變薄膜間界面顯微組織的轉(zhuǎn)變?nèi)蜃畲笪臋n庫(kù)!–豆丁摘要研究了兩種共晶焊料SnAgCu、SnPb與AlNi(V)Cu薄膜界面在時(shí)效過(guò)程中顯微組織轉(zhuǎn)變過(guò)程。在共晶SnPb體系中，Ni（V）層在220℃回流20次后保存完好。在SnAgCu焊料體系，在260℃回流5次后，形成（Cu，Ni）6Sn5三元化合物，且在Ni（V）層發(fā)現(xiàn)Sn?；亓?0次后，Ni

2、（V）層消失，并觀察到（Cu，Ni）6Sn5層開(kāi)始破碎，從而解釋了在焊球剪切測(cè)試中斷裂方式由韌性向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。由于Cu在SnAgCu及SnPb系焊料中的溶解度不同，所以兩種焊料在熔化時(shí)的界面反應(yīng)不同?；赟nNiCu三元相圖討論了（Cu，Ni）6Sn5相的溶解及形成。此外，還研究了150℃固態(tài)時(shí)效過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，SnAgCu在時(shí)效1000小時(shí)后，Ni（V）層完好，形成的IMC為Cu6Sn5而不是（Cu，Ni）6Sn5，這與共晶S

3、nPb系中觀察到的一樣。1引言鉛對(duì)人類的毒作用已經(jīng)被廣泛認(rèn)識(shí)。當(dāng)今，電子工業(yè)排出的大量廢棄物導(dǎo)致地下水中Pb含量過(guò)高。如今全球電子工業(yè)正在努力禁止在焊料中含鉛。焊料的無(wú)鉛化迫切要求建立無(wú)鉛焊料組織、性能、成分、設(shè)備的知識(shí)體系。倒裝芯片連接系統(tǒng)可以分為UBM層（underbumpmetallization，凸點(diǎn)下金屬化層）、焊球及鍍金基板三個(gè)部分。UBM主要起連接，阻礙焊料擴(kuò)散、反應(yīng)，潤(rùn)濕焊料及防止氧化等作用。在錫球沉淀及形成，芯片在基板

4、上封裝形成封裝元件，以及元件在電路板上組裝過(guò)程中。連接的錫球承受一系列熱處理，回流本研究中的UBM采用三層的AlNi（V）Cu薄膜結(jié)構(gòu)，如圖1所示。Ni層添加7wt%的V以降低濺射工藝過(guò)程中界面的磁性。焊接過(guò)程中充入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛。95.5Sn3.5Ag1.0Cu以及63Sn37Pb均以貼片狀排在UBM上。然后對(duì)SnAgCu及SnPb焊料試樣分別在波峰溫度為260℃及220℃進(jìn)行回流焊接以形成錫球。形成的錫球的平均直徑為120μm。對(duì)

5、圖1所示的封裝連接進(jìn)行多重回流、潤(rùn)濕反應(yīng)或固態(tài)時(shí)效。多重回流焊接采用5區(qū)間回流爐（SS70，BTUUSA）對(duì)SnPb和SnAgCu焊料分別在260℃及220℃回流焊接20次。每次超過(guò)液相溫度的加熱時(shí)間為60秒。在潤(rùn)濕反應(yīng)中，SnAgCu試樣在260℃分別連續(xù)加熱5，10，20分鐘，熔化的焊料與固態(tài)薄膜發(fā)生反應(yīng)。然后在150℃空氣中時(shí)效1000小時(shí)以促進(jìn)固固界面反應(yīng)。在經(jīng)過(guò)上述處理后，將試樣用環(huán)氧樹(shù)脂固定，用金剛石研磨膏拋光成顆粒大小為1

6、μm。為了觀察形成的IMC的形態(tài)，一些拋光后的試樣用HCl體積分?jǐn)?shù)為2%的甲醇溶液進(jìn)行輕微腐蝕。用SEM（JSM6700F，JEOLJapan）觀察焊料、UBM的顯微組織以及IMC的形態(tài)。用EDX儀器對(duì)IMC及UBM層進(jìn)行成分分析。此EDX系統(tǒng)的空間分辨率為在目標(biāo)方向上面積直徑小于1μm。斑點(diǎn)分析，線掃描，成分映射的收集時(shí)間分別為3，10，30分鐘，成分檢測(cè)精度為2%。用Dage剪切力測(cè)試儀在剪切速度為200μms，剪切高度為15μm下