cu对sn18bi钎料nico基板界面显微组织的影响(附件)【字数：14005】
摘 要摘 要随着电子封装技术的发展，电子产品在制造过程中使用的焊料也随之更新换代，由原来的使用锡铅焊料改为使用无铅焊料，特别是Sn-Bi钎料，以满足WEEE和RoHS指令以及其他方面的要求。然而，使用无铅焊料却带来了一系列的问题，这些问题自然影响到产品的可靠性和使用寿命，因此，成为业界最关注的热点问题。为了改进传统无铅钎料钎焊接头在服役过程中的可靠性问题，本研究将微量合金元素Cu添加到Sn-Bi钎料合金基体中制备新型低温无铅钎料Sn-18Bi-xCu。试验主要研究了母材为Cu时焊点界面的显微组织、合金的钎料的润湿铺展性以及Cu元素对钎料的影响。在此基础上继续研究了在紫铜表面化学镀Ni-P以及在紫铜表面电镀Co-P这两种不同的母材与优化后所选钎料(Sn-18Bi-0.5Cu)的界面反应。Sn-18Bi-0.5Cu/Ni-P焊点240℃下进行不同时间的等温液态时效试验。初次回流后，在界面处反应生成(Cu1-x, Nix)6Sn5，随着时效过程的进行，在(Cu1-x, Nix)6Sn5的上面会不断反应生成(Ni1-x, Cux)3Sn4。Sn-18Bi-0.5Cu/Co-P焊点240℃下进行不同时间的等温液态时效试验。随着时效时间的延长，界面IMC层厚度不断增加。IMC的形态由刚开始的细针状逐渐转变为棱柱状且尺寸不断增大。由于时效过程中Cu原子的不断扩散，(Cu, Co)Sn3成形于(Cu, Co)6Sn5和CoSn3之间。对比Cu基板、Ni-P基板、Co-P基板，在Co-P基板的界面IMC的生长速率最快。关键词Sn-Bi-Cu钎料；镀层；金属间化合物；显微组织
目 录
第一章 绪论 1
1.1 电子封装的发展历史 1
1.2 无铅钎料的介绍 2
1.2.1 无铅钎料的提出与进程 2
1.2.2 无铅钎料的定义与性能要求 2
1.2.3 无铅钎料的研究现状 3
1.3 钎料与基板之间的反应 5
1.4 焊点的可靠性及失效机制 5
1.4.1 焊点可靠性 5
1.4.2 钎料和界面IMC对焊点可靠性的影响 5
1.5 研究目的和内容 6
第二章 试验方法 8
2.1 试验材料制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
备 8
2.1.1 Sn18BixCu钎料的制备 8
2.1.2 镀Ni基板的制备 8
2.1.3 镀Co基板的制备 9
2.2 钎料润湿性能测试 10
2.3 焊点界面形貌观察 11
2.4 焊点时效处理 12
第三章 结果与分析 13
3.1 Sn18BixCu钎料润湿铺展性能比较 13
3.2 液态时效对Sn18Bi0.5Cu/NiP焊点界面组织形貌的影响 14
3.3 液态时效对Sn18Bi0.5Cu/Ni焊点界面组织形貌的影响 20
结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1电子封装的发展历史
在信息化时代发展的今天，电子工业已然成为了当今世界最火热也是最重要的产业之一[1]。在电子产业的发展中，电子封装技术起到了至关重要的作用，其关键在于承载了电子产品使用过程中传导电流、数据的作用。传统的锡铅合金钎料因为其使用便利，性价比高的特点，在电子产业中得到了广泛的使用[2]。如今，人类慢慢意识到电子工业中大量使用锡铅合金钎料是造成环境污染的要来源之一，针对电子工业中铅含量过高的情况，各国根据情况制定了相关规定，限制了铅在电子工业中的使用，大大缓解了铅给环境带来的污染[3]。
目前，世界各国的科学家都在研究开发能够代替传统SnPb钎料的无铅钎料，并且很多已经投入使用。相对于传统SnPb钎料，SnBi系钎料的无毒性，并具有更好的力学性能，使SnBi系钎料成为当前最火热的材料[4]。
电子封装的发展历史可以概括为了三个时间阶段，第一阶段，主要表现为插装型。第二阶段，主要表现为表面贴装类型的四边引线型。第三阶段，主要表现为平面阵列型。由此可见，电子封装的微小化和高功能化已成为趋势。电子封装技术在现代工业中的应用越来越广泛，其产品的工艺制成过程也会向越来越精细化方向发展[5]。
电子封装工艺通俗意义上来说就是指采用微细连接的方式按照产品设计要求将各种半导体元器件依次焊接在基板上的连接工艺。实际工业生产中常常通过排线级方式进行微连接，引出引脚后将引脚与焊盘焊接起来形成一个完整的电子电路。
一般来说，电子封装分为三级：
一级封装：用适宜的封装形式将一个或者多个集成电路芯片封装起来，并使芯片的焊区和封装的外引脚用引线键合（WB）、载带自动键合（TAB）和倒装芯片键合（FCB）连接起来，使之成为具有实用功能的电子元器件或组件。
二级封装：是指将上级封装完成的各种元器件产品按设计要求依次安装到印刷版或其他基板上，成为部件或整机。这一级所采用的技术包括通孔安装技术（THT）、表面安装技术（SMT）和芯片直接安装技术（DCA）。
三级封装：是指将上级封装完成的插板与基板进行组装，组成功能强大的立体封装结构。这一级封装包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术[6]。
1.2 无铅钎料概述
1.2.1无铅化提出与进程
SnPb系列钎料在电子封装行业中已经应用了数十年，其中共晶合金Sn37Pb及近共晶合金Sn40Pb，由于其具有熔点低、价格适宜、润湿铺展性能优越和能防止“锡瘟”发生等优点，得到了广泛的应用。目前“绿色制造”已经成为电子封装的一个重要发展方向，这是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，旨在营造经济与环境的和谐发展。此外，电子产品逐渐向小型化、便携式、高精度的方向发展，这直接导致电路集成的大幅度提高，使得焊点数量增多、尺寸减小，要求焊点所能承受的热学和力学载荷越来越高。因此，这就要求新开发的无铅钎料应具有良好的工艺性能和更好的力学性能，来满足电子工业中对可靠性不断增长的要求，以确保电子产品在服役过程中可靠地运行。
由于铅对环境和人体的危害，各国政府先是禁止采用含铅钎料进行饮水管道的焊接，之后又在颜料、涂料的生产中禁止采用含铅化合物作为产品添加剂。接下来世界上开始流行推广无铅汽油，到了20世纪90年代后，无铅化才真正进入电子组装行业中[79]。
1.2.2 无铅钎料的定义与性能要求
为了响应“绿色无铅钎料”的环保理念，即禁止在钎料中添加有毒的Pb元素，新型钎料必须具有绿色环保、成本合理、性能优异的特点，这样才能从根本上凸显出无铅钎料相对传统含铅钎料在各方面的优越性。
钎焊过程中，Sn基钎料表现出的良好的润湿铺展性能，使得世界各国研究人员的把研究重点都放在了新型Sn基无铅钎料的研发上。“绿色无铅钎料”是指以金属Sn为主要基体，在其中添加Ag、Zn、Bi、Cu、In、Sb等合金元素熔炼后的形成的钎料合金 。
无铅钎料的主要性能要求如下：
1、绿色环保。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 电子封装的发展历史 1
1.2 无铅钎料的介绍 2
1.2.1 无铅钎料的提出与进程 2
1.2.2 无铅钎料的定义与性能要求 2
1.2.3 无铅钎料的研究现状 3
1.3 钎料与基板之间的反应 5
1.4 焊点的可靠性及失效机制 5
1.4.1 焊点可靠性 5
1.4.2 钎料和界面IMC对焊点可靠性的影响 5
1.5 研究目的和内容 6
第二章 试验方法 8
2.1 试验材料制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
备 8
2.1.1 Sn18BixCu钎料的制备 8
2.1.2 镀Ni基板的制备 8
2.1.3 镀Co基板的制备 9
2.2 钎料润湿性能测试 10
2.3 焊点界面形貌观察 11
2.4 焊点时效处理 12
第三章 结果与分析 13
3.1 Sn18BixCu钎料润湿铺展性能比较 13
3.2 液态时效对Sn18Bi0.5Cu/NiP焊点界面组织形貌的影响 14
3.3 液态时效对Sn18Bi0.5Cu/Ni焊点界面组织形貌的影响 20
结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1电子封装的发展历史
在信息化时代发展的今天，电子工业已然成为了当今世界最火热也是最重要的产业之一[1]。在电子产业的发展中，电子封装技术起到了至关重要的作用，其关键在于承载了电子产品使用过程中传导电流、数据的作用。传统的锡铅合金钎料因为其使用便利，性价比高的特点，在电子产业中得到了广泛的使用[2]。如今，人类慢慢意识到电子工业中大量使用锡铅合金钎料是造成环境污染的要来源之一，针对电子工业中铅含量过高的情况，各国根据情况制定了相关规定，限制了铅在电子工业中的使用，大大缓解了铅给环境带来的污染[3]。
目前，世界各国的科学家都在研究开发能够代替传统SnPb钎料的无铅钎料，并且很多已经投入使用。相对于传统SnPb钎料，SnBi系钎料的无毒性，并具有更好的力学性能，使SnBi系钎料成为当前最火热的材料[4]。
电子封装的发展历史可以概括为了三个时间阶段，第一阶段，主要表现为插装型。第二阶段，主要表现为表面贴装类型的四边引线型。第三阶段，主要表现为平面阵列型。由此可见，电子封装的微小化和高功能化已成为趋势。电子封装技术在现代工业中的应用越来越广泛，其产品的工艺制成过程也会向越来越精细化方向发展[5]。
电子封装工艺通俗意义上来说就是指采用微细连接的方式按照产品设计要求将各种半导体元器件依次焊接在基板上的连接工艺。实际工业生产中常常通过排线级方式进行微连接，引出引脚后将引脚与焊盘焊接起来形成一个完整的电子电路。
一般来说，电子封装分为三级：
一级封装：用适宜的封装形式将一个或者多个集成电路芯片封装起来，并使芯片的焊区和封装的外引脚用引线键合（WB）、载带自动键合（TAB）和倒装芯片键合（FCB）连接起来，使之成为具有实用功能的电子元器件或组件。
二级封装：是指将上级封装完成的各种元器件产品按设计要求依次安装到印刷版或其他基板上，成为部件或整机。这一级所采用的技术包括通孔安装技术（THT）、表面安装技术（SMT）和芯片直接安装技术（DCA）。
三级封装：是指将上级封装完成的插板与基板进行组装，组成功能强大的立体封装结构。这一级封装包括连接器、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术[6]。
1.2 无铅钎料概述
1.2.1无铅化提出与进程
SnPb系列钎料在电子封装行业中已经应用了数十年，其中共晶合金Sn37Pb及近共晶合金Sn40Pb，由于其具有熔点低、价格适宜、润湿铺展性能优越和能防止“锡瘟”发生等优点，得到了广泛的应用。目前“绿色制造”已经成为电子封装的一个重要发展方向，这是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，旨在营造经济与环境的和谐发展。此外，电子产品逐渐向小型化、便携式、高精度的方向发展，这直接导致电路集成的大幅度提高，使得焊点数量增多、尺寸减小，要求焊点所能承受的热学和力学载荷越来越高。因此，这就要求新开发的无铅钎料应具有良好的工艺性能和更好的力学性能，来满足电子工业中对可靠性不断增长的要求，以确保电子产品在服役过程中可靠地运行。
由于铅对环境和人体的危害，各国政府先是禁止采用含铅钎料进行饮水管道的焊接，之后又在颜料、涂料的生产中禁止采用含铅化合物作为产品添加剂。接下来世界上开始流行推广无铅汽油，到了20世纪90年代后，无铅化才真正进入电子组装行业中[79]。
1.2.2 无铅钎料的定义与性能要求
为了响应“绿色无铅钎料”的环保理念，即禁止在钎料中添加有毒的Pb元素，新型钎料必须具有绿色环保、成本合理、性能优异的特点，这样才能从根本上凸显出无铅钎料相对传统含铅钎料在各方面的优越性。
钎焊过程中，Sn基钎料表现出的良好的润湿铺展性能，使得世界各国研究人员的把研究重点都放在了新型Sn基无铅钎料的研发上。“绿色无铅钎料”是指以金属Sn为主要基体，在其中添加Ag、Zn、Bi、Cu、In、Sb等合金元素熔炼后的形成的钎料合金 。
无铅钎料的主要性能要求如下：
1、绿色环保。
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