热处理对SAC合金层IMC的影响.docVIP

热处理对96.5Sn3.5Ag焊点中Cu-Sn合金层的影响 汤清华　潘晓光　Lawrance C.M.Wu 　　摘要　在焊点与铜基之间形 成的Cu-Sn合金成分对表面安装器件的疲劳寿命起着关键性的作用。本文着重研究了93.5Sn3.5Ag(简写为Sn-Ag)焊料与Cu基界面间形成的 合金层，通过电子扫描显微镜(SEM)，X衍射(XDA)及能谱X射线(EDX)等分析发现，在Sn-Ag与Cu基界面上存在Cu6Sn5及Cu3Sn两种合金成分，且随着热处理时间增加，Cu6Sn5合金层增厚，并在该处容易出现裂纹而导致焊点强度减弱，从而使焊点产生疲劳失效。　　关键词　热处理　　96.5Sn3.5Ag焊点　　合金层 Effect of Annealing on Intermetallic Cu-Sn of 96.5Sn3.5Ag Solder Joint Tang Qinghua　Pan XiaoguangDept of Electronics of Science and Technology HuazhongUniversity of Science and TechnologyLawrance C.M.WuDept of Physics and Materials Science of City University of Hongkong 　　Abstract　Copper-Tin(Cu-Sn) Intermetallic compounds(IMC) between solder joint and Cu pad plays a key role on the fatigue life serface on mount technology(SMT).In this paper,the Cu-Sn IMC of 96.5Sn3.5Ag solder joint was studied.Through SEM,XDA and EDX analysis,it was found that there were two kinds intermetalic,Cu6Sn5 and Cu3Sn,on the interface of solder and copper,The thickness of intermetallic increased with annealing time increased.It would cause the creak of the solder and abate the mechanical strength of solder and make solder fatigue failure.　　Keywords　Annealing　　96.5Sn3.5Ag solder joint　　Intermetallic 　　在表面安装焊点中影响其可行性的主要因素之一是焊料与铜基界面出现的Cu-Sn合金层，对Sn-Pb焊料，有两种合金项成分出现在界面上，即Cu6Sn5和Cu3Sn［1，2］，由于Cu6Sn5本身具有易碎的特性，加上它与焊点及印制电路板之间热膨胀系数相差较大，从而是使焊点强度降低，直至产生疲劳失效的重要隐患。　　无铅焊料一直是人们研究用以替代Sn-Pb焊料的重要目标，研究发现Sn-Ag焊料有很多性能都达到甚至超过了Sn-Pb焊料的性能，如它具有好的延展性、热蠕变及热阻小等特性，但它的熔点较高而决定其只能用于高温焊接。　　本文主要研究了Sn-Ag焊料与铜基形成的合金层。我们采用典型的再流焊工艺焊接样品，并在不同的热处理条件下对样品进行热处理，测试焊点的切向拉力强度，并用SEM、EDX、XDA观察并分析焊点的结构及成分。 1　实验过程 　　将96.5Sn3.5Ag焊膏印刷到FR-4印制电路板(PCB)上，测量焊膏的厚度，保证焊膏厚度为160～180μm，以避免焊膏厚度对焊点性能造成的影响。置1206 LCCC元件于铜焊盘上，放其到再流焊系统中进行焊接，其焊接曲线如图1所示。 图1　Sn-Ag典型的再流焊接曲线图 　　将样品置于100℃恒温炉中进行热处理，其热处理时间分别为0h、0.5h、72h、240h和480h，将一部分样品在拉力测试仪上测试焊点的拉力强度，其测量方法如图2所示，另一部分样品经切割、研磨抛光后，放置到2%HCl、6%HNO3的水溶液中腐蚀10～20s，在SEM下观察焊点的结构，并测量合金层的厚度，用EDX及XDA分析其相成分。 图2　焊点的拉力测量 2　结果与分析 　　图3为焊点的分析曲线，图4为焊点与铜盘间界面的X衍射分析图，从图4中可以看出，在界面中主要有两种合金相成分出现，即Cu6Sn5和Cu3Sn。对焊点中合金层厚度的测量发现，随着热处理时间的增加，合金