In-3Ag低温焊料与Cu、Ni基板间界面反应及可靠性研究

摘要

In-3Ag低温共晶焊料具有熔点低、抗疲劳性强和塑性好等优点，被广泛用于热敏感低温元器件封装中。焊点与基板界面处组织结构的研究对提高焊点可靠性起着决定性作用，是新型无铅焊料体系开发应用的必须步骤。
　　本文系统研究了In-3Ag/Cu、Ni焊点界面组织及力学性能在钎焊、多次回流和等温时效过程中的演变规律，探讨了其作用机理。
　　采用差示扫描量热仪测试焊料的熔化特性，采用扫描电镜(SEM)观察焊点显微组织及剪切断口形貌，采用X射线能谱仪(EDS)分析焊点基体及界面金属间化合物层成分，采用力学试验机测试焊点剪切强度。研究结果表明:
　　(1) In-3Ag/Cu体系在160℃下焊接时，随着保温时间的延长界面结构始终为(Ag，Cu)In2相;在170℃、180℃和190℃下焊接时，随着保温时间的延长，界面结构变化规律为:(Ag，Cu)In2层→(Ag，Cu)In2+(Cu，Ag)11In9混合层→(Cu，Ag)11In9层;170℃、180℃和190℃下界面(Cu，Ag)11In9金属间化合物层的生长指数分别为0.56、0.50和0.42，生长速度分别为0.51μm/s1/2、0.56μm/s1/2和0.58μm/s1/2，为组元扩散控制，激活能为23.69 kJ/mol。
　　(2) In-3Ag/Ni体系在250℃、275℃和300℃下焊接时，随着保温时间的延长，界面结构始终为In27Ni10相，其生长指数分别为0.53、0.55和0.46，生长速度分别为0.19μm/s1/2、0.33μm/s1/2和0.45μm/s1/2，为组元扩散控制，激活能为85.52 kJ/mol。
　　(3)随着回流次数和等温时效时间增加，In-3Ag/Cu焊点界面金属间化合物(Ag，Cu)In2层厚度均呈增加趋势，生长分别由界面反应和组元扩散控制;焊点剪切强度呈下降趋势，回流1次、2次和3次以及时效250 h、500 h和750 h后焊点剪切断裂方式均为焊料内部韧性断裂，回流5次和时效1000 h后，断裂机制转变为韧脆混合断裂。