文档介绍：重庆理工大学
硕士学位论文
Sn-Cu亚共晶钎料用钎剂的优化及钎焊接头界面IMC的研究
姓名:赵海建
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:杜长华
2011-05
重庆理工大学硕士学位论文
摘要
在电子产品无铅封装的推广应用过程中,由于无铅钎料的熔化温度比含铅钎料
高,且在熔化以后其液态钎料对母材的润湿能力低,所形成的焊点可靠性差等缺点,
使得适用于含铅钎料的钎剂难以用来与无铅钎料匹配适用。另外,在电子封装微互连
焊点的钎焊界面,由于无铅钎料中金属锡的含量很高,使得金属间化合物(IMC)的
形成、生长和演变加快,对焊点服役的可靠性会产生非常不利的影响。同时,由于目
前电子封装微互连焊点的几何尺寸越来越小,使得本征脆硬相 IMC 在微焊点中所占
的比例越来越大,以致 IMC 对微焊点乃至电子产品可靠性的影响起着非常关键的作
用。因此,研究一种与无铅钎料匹配使用的钎剂,并考察钎焊界面金属间化合物 IMC
的形成、生长和演变是一项重要的课题。
我们近期研究了一种与亚共晶 Sn- 钎料匹配使用的钎剂,其助焊性能良好,
但其焊后残留物较多,腐蚀性较大。为了解决这些问题,本文进行了亚共晶 Sn-
钎料用钎剂的优化研究,同时考察了钎焊时间、钎焊温度、热时效时间以及采用不同
钎剂对界面 IMC 厚度的影响,并就相关问题进行了深入分析与探讨。
本研究得到的主要结论如下:
(1)为了降低焊后残留在基板上的残留物和腐蚀性,减少了钎剂中氢化松香以
及活性剂的含量,并通过选取及添加适量的表面活性剂来增强润湿性能,增大水萃取
液电阻率。
(2)以焊后残留物、扩展率、水萃取液电阻率以及腐蚀性为指标,进行了相关
实验,通过深入分析研究得到了较好的钎剂配方:氢化松香 10%,戊二酸 5%,月硅
酸 %,丁二酸 %,壬基酚聚氧乙烯醚 %或二溴丁烯二醇 2%,余量为异丙醇。
(3)该钎剂与亚共晶 Sn- 钎料匹配使用时,钎焊温度、钎焊时间和热时
效时间以及钎剂的活性对界面 IMC 的生长均有重要影响,其影响规律如下:
提高钎焊温度会加速 IMC 的生长,使得界面 IMC 长大变厚;随钎焊时间的延长,
界面 IMC 的厚度增加,其 IMC 的厚度与钎焊时间的次幂成正比关系;界面 IMC
的厚度随着热时效时间的延长而增大,并且界面 IMC 的厚度与时效时间的平方根成
正比关系,表明其 IMC 的生长受扩散机制控制。在一定条件下,钎剂的活性越高,
其助焊能力越好,钎料与母材之间的相反应则越剧烈,界面 IMC 的厚度则会越大。
关键词:电子封装;Sn-Cu 亚共晶钎料;钎剂;金属间化合物(IMC)
IV
重庆理工大学硕士学位论文
Abstract
In the process of application for the lead-free electronic packaging, because the
lead-free solder have high melting temperature, the molten solder have low wetting ability
on the sbustrate and poor solder joint reliability etc., it make the flux for lead solder in
terms of lead-free solder is no longer applicabel. In addition, in the interface of
micro-electronic packaging interconnect solder joints, because of the high levels tin metal
in lead-free solders, it accelerated formation, growth and evolution of intermetallic
compounds (IMC), making a very negative impact for the reliability of solder joints in
service. At the same time, as geometry of micro-electronic packaging interconnect solder
joints e smaller and smaller, the IMC which are brittle have a