在热时效过程中,随着时效时间的延长,焊点界面IMC厚度不断增加,界面IMC与时效时间成抛物线生长规律。界面IMC的厚度增加会显著降低焊点的抗拉强度,使焊点的断裂模式由纯剪切断裂逐步向微孔聚集型断裂转变。
由于Pb在电子工业中的使用受到越来越严格的限制,传统的SnPb钎料已逐渐被新型的无铅钎料所代替。在各种各样的无铅钎料中SnAgCu钎料以其优良的力学性能和润湿性能被认为是SnPb钎料的最佳替代品。相对于使用了半个多世纪的SnPb钎料而言,对无铅钎料的性能和封装可靠性的研究是远远不够的。随着电子产品微型化的发展,互连焊点的特征尺寸逐渐减小,从而使封装可靠性问题显得更加突出。钎料和基板间所形成的界面金属间化合物(IMC)层是影响封装可靠性的关键。电子封装互连焊点在服役过程中,由于受到热时效的作用,界面的显微组织会不断发生变化。热时效首先会引起钎料组织的粗化,促进界面IMC的生长。以Cu/Sn-3Ag-0.5Cu/Cu引线对接焊点为研究对象,研究了373K下热时效焊点界面IMC的生长演变规律,以及界面IMC厚度对焊点抗拉强度和断裂模式的影响。
母材为纯铜引线(纯度99.95%,直径0.5mm),剪裁后用1000#砂纸将端面磨平并保证端面和铜线轴线垂直。钎焊前,试样经5%的HCl清洗,然后用去离子水冲洗,再用无水乙醇清洗,风干待用。钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅钎料,钎料球直径为0.7mm。将母材及钎料球装配在铝板的V形槽内并固定,采用中活性钎剂,加入量为2~3滴,钎焊间隙为0.5mm。把装配好的试样放在加热板上,加热板温度260℃,待钎料熔化后保温15s,然后空冷到室温。钎焊后的试样用研磨膏仔细打磨至焊点外轮廓线和铜线齐平。将打磨后的试样放入恒温试验炉中进行时效试验,时效温度373K,时效时间分别为120、200、500、700和1000h。