【摘 要】
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Sn-Pb钎料以其良好的焊接和工艺性能被广泛的应用于电子封装领域中,然而,Pb是有毒元素,Sn-Pb钎料将会被逐渐淘汰。同时,随着电子器件的小型化和封装的密集化,焊点的尺寸不断减小,电流密度不断增加,焊点中将会产生大量的焦耳热,使焊点的服役温度急剧上升从而产生严重的蠕变和电迁移现象,降低其服役寿命。因此研究无铅焊点的蠕变和电迁移现象,开发新型的无铅钎料已然成为当前电子封装领域中的迫切需求。以Sn-
【基金项目】
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河北省重点研发计划项目（19250202D）；
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Sn-Pb钎料以其良好的焊接和工艺性能被广泛的应用于电子封装领域中,然而,Pb是有毒元素,Sn-Pb钎料将会被逐渐淘汰。同时,随着电子器件的小型化和封装的密集化,焊点的尺寸不断减小,电流密度不断增加,焊点中将会产生大量的焦耳热,使焊点的服役温度急剧上升从而产生严重的蠕变和电迁移现象,降低其服役寿命。因此研究无铅焊点的蠕变和电迁移现象,开发新型的无铅钎料已然成为当前电子封装领域中的迫切需求。以Sn-5Sb和Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu钎料为研究对象,测试了钎料的熔化特性以及在Ni基板上的润湿性。制备了Ni Au/Sn-5Sb/Au Ni和Ni Au/Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu/Au Ni线性焊点。针对回流焊后的焊点,基于变温条件下（25℃、50℃、75℃、100℃、125℃）的纳米压痕试验研究了焊点体钎料的蠕变机理;针对电加载和等温时效（无电流）前后的焊点,基于常温条件下（25℃）的纳米压痕试验研究了焊点体钎料蠕变应力指数的变化规律。钎料的熔化特性及润湿性结果表明:在向Sn-5Sb钎料中添加了Ag元素和Cu元素后,钎料的固/液相线分别下降了8.5℃和3.0℃;在焊接峰值温度280℃、润湿时间30 s条件下,Sn-5Sb和Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu钎料的润湿角分别为40.2°和36.5°,两种钎料具有最佳的润湿性。因此,在焊接峰值温度280℃、润湿时间30 s条件下制备了线性焊点。变温条件下的纳米压痕试验结果表明:焊点体钎料的压痕深度、压痕面积和稳态蠕变速率随着试验温度的升高而增大。当试验温度超过75℃时,观察到焊点体钎料的压痕周围产生了“凸起”现象。Ni Au/Sn-5Sb/Au Ni和Ni Au/Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu/Au Ni焊点体钎料在25～125℃下的蠕变应力指数分别为11.07～4.40和12.49～5.26,蠕变激活能分别为50.4 k J/mol和55.2 k J/mol。根据蠕变应力指数和激活能确定两种焊点体钎料的蠕变机制均为位错蠕变。相比于Ni Au/Sn-5Sb/Au Ni焊点,Ni Au/Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu/Au Ni焊点具有更好的蠕变性能。常温条件下的纳米压痕试验结果表明:在电加载400 h后,Ni Au/Sn-5Sb/Au Ni和Ni Au/Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu/Au Ni焊点体钎料的蠕变应力指数分别下降了28%和22%;在等温时效400 h后,两种焊点体钎料的应力指数分别下降了16%和9%。由于电迁移的影响,相同时间下焊点体钎料在电加载后的蠕变应力指数始终低于等温时效。相比于Ni Au/Sn-5Sb/Au Ni焊点,Ni Au/Sn-5Sb-0.7Ag-0.5Cu/Au Ni焊点具有更高的蠕变应力指数,表现出更好的抗蠕变和抗电迁移性能。
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