【摘 要】
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随着电子工业的飞速发展,钎焊焊点向着小型化、多功能、高可靠方向转变,无铅复合钎料成为解决这一难题的主要途径。Ag颗粒修饰石墨烯Sn-Ag-Cu复合钎料（SAC/Ag-GNSs）表现出较好的热、电和力学性能。然而,在传统回流焊工艺下,Ag-GNSs会出现上浮、偏聚现象,造成强化效果降低以及界面金属间化合物厚度过厚且不均匀等问题。而电流瞬态键合技术具有大电流、时间短的特点对SAC/Ag-GNSs复合钎
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随着电子工业的飞速发展,钎焊焊点向着小型化、多功能、高可靠方向转变,无铅复合钎料成为解决这一难题的主要途径。Ag颗粒修饰石墨烯Sn-Ag-Cu复合钎料（SAC/Ag-GNSs）表现出较好的热、电和力学性能。然而,在传统回流焊工艺下,Ag-GNSs会出现上浮、偏聚现象,造成强化效果降低以及界面金属间化合物厚度过厚且不均匀等问题。而电流瞬态键合技术具有大电流、时间短的特点对SAC/Ag-GNSs复合钎料的应用具有重要意义。本文探究电流瞬态键合工艺,研究焊点界面冶金反应、焊点力学性能。本文主要工作及研究结果如下:（1）基于温度调控,在电流密度为（0.9-1.1）×10~4 A/cm~2、100-250 ms条件下,增强Cu/SAC固-液界面冶金反应,快速获得可靠的Cu/SAC/Ag-GNSs/Cu焊点。该方法有效地解决了Ag-GNSs上浮、偏聚问题,减少了两极界面IMC层厚度差。随着加载时间的增加,焊点内Cu6Sn5形貌呈现出短棒状-棱柱状-板片状的转变;电流密度在键合初期主要影响Cu6Sn5微观形貌,在键合后期影响界面IMC种类。（2）通过凝固动力学分析,在均匀分布的Ag-GNSs的异质形核以及焦耳热扩散与电迁移共同促进Cu原子的固-液扩散的作用下,使得键合初期界面Cu6Sn5的形核功减少、形核速率增加,最终实现焊点的瞬时连接。（3）焊点温度变化以及Cu原子固-液电迁移影响Cu6Sn5微观形貌转变。焊点温度升高使得杰克逊因子增大,晶粒出现短棒状转变;晶粒界面能最低原则使晶粒发生择优生长为板片状;晶体生长前沿成分过冷是影响板片状Cu6Sn5表面出现胞状枝晶的主要原因。（4）瞬态电流工艺下,焊点剪切强度比回流焊焊点高78.47%-158.74%;焊点阴阳两极界面纳米压痕力学性能相差较小。随着电流密度的提高,在键合初期,剪切强度由20.4 MPa增大为40.9 MPa;在键合后期,剪切强度由48.8 MPa增大为59.8 MPa;焊点发生韧性断裂、脆-韧混合型断裂、脆性断裂转变。通过均匀分散Ag-GNSs的弥散强化和载荷传递效应,阻碍位错运动和晶界滑移,有效地提高了焊点的力学性能;相互接触交错的板片状Cu6Sn5形成互锁增强效应,有效阻碍裂纹扩散,提高了焊点的剪切强度。
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