接试验研究ResearchPaner
热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu
针焊焊点组织与性能研究
河南科技大学（洛阳市471003）
曹聪聪张柯柯王悔改孙萌萌张超
摘要研究了0~100℃热循环条件下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu焊点界面组织和力学性能。结果表明，热循环开始到100周次，Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊焊点界面区IMC厚度和粗糙度增大，剪切强度下降，断口韧性降低；添加微量Ni能降低IMC的厚度和粗糙度，抑制IMC的生长，减缓焊点剪切强度的降低；当Ni添加量为 0.05%（质量分数）时，界面IMC厚度和粗糙度均最低，剪切强度最高，100周次后为韧性断裂。
关键词：无铅钎料Ni热循环金属间化合物剪切强度中图分类号：TG454
0前言
微电子器件中的焊点在服役过程中承担电气连接、机械连接和热连接的作用，焊点的可靠性尤其重要。随着电子产品无铅化的研究进一步推进，对电子组装中的焊点可靠性给予充分的关注1-2]。在焊点服役过程中焊点界面处IMC层将会变厚，这将成为影响焊点质量的重要因素3。为模拟焊点真实的使用环境，对焊点可靠性进行研究，通常是对器件进行加速寿命试验[4)。钎焊焊点在热循环过程中的损伤演化是以非线性的累积函数的方式进行的，随着热循环变化范围与热循环周次的增加，裂纹也会快速增大[3]。热循环过程中SnAgCu/Cu焊点的失效表现为钎料与金属间化合物的界面失效，且金属间化合物厚度越大，焊点中的累加塑性功密度越大，焊点越容易失效[6]。
适量稀土元素的添加可以在一定程度上增加钎料润湿性、细化钎料基体组织、减小金属间化合物颗粒尺寸和降低界面厚度，从而提高热循环寿命、抗蜗变性能和抗剪强度。将Ni加人SnAgCu合金中有利于金属间化合物层的减小，在焊后状态下，Ni的添加使界面金属间化合物层的厚度减小，Ni与锡银铜反应生成（Cu,-Ni,）。Sn或（Ni,-,Cu,）,Sna，可以阻碍Sn向铜的扩
收稿日期：2015-12-04
基金项目：国家自然科学基金项目（50774029）；国家国际科技合作专项
(2014DFR50820）；河南省高校科技创新团队支持计划（13IRTSTHN003）和河南省科技创新杰出人才计划(154200510022)。
222016年第5期
万方数据
散。添加微量的Ni和B能有效地提高Sn2.5Ag0.7 CuO.1RE钎料合金钎焊焊点端变性能，Ni含量的质量分数为0.05%时，钎焊焊点的蠕变断裂寿命远高于相同条件下商用钎料的变断裂寿命[8]。
目前关于Ni元素对SnAgCuRE/Cu钎焊焊点的研究较多，而对于热循环条件下Ni元素对SnAgCuRE/Cu 焊点界面区IMC组织和损伤机理的研究鲜见文献报道。因此，文中重点研究Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu 焊点热循环后的组织和性能的变化，旨在探究提高无
铅焊点可靠性的途径。 1试验材料和方法
1.1钎料合金及试样制备
试验采用真空熔炼的方法来制备钎料合金(9)采用99.9%以上纯度Sn、Ag、Cu、Ni及富含Ce和La元素的混合RE，在真空度为5×10-Pa的非自耗电炉ZHW-600A中先制备Cu和RE的中间合金，再取一定量的中间合金与Sn，Ag，Cu，Ni制备Sn2.5Ag0.7Cu0.1 RExNi钎料合金，Ni元素添加量（质量分数）分别为：
0%,0.05%,0.1%,0.2%。 1.2钎焊试验
钎焊试验中试样采用搭接方式，试样形状尺寸如图 1所示。采用纯度为99.9%的紫铜板为母材，钎料尺寸为10mm×20mm×0.1mm。紫铜板和钎料合金用砂纸打磨好，用丙酮、酒精清洗并吹干。将制备好的钎料合金薄片置于待焊的紫铜板之间，在钎焊试样待焊表面上滴 1~2滴商用CX600水洗钎剂，放人箱式电阻炉中进行针焊，钎焊温度为270℃，钎焊时间为240s。