第32卷第10期 2011年10月
焊接学报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTTTUTION
Vol.32No.10 October
2011
微量锌对Sn-3.5Ag无铅钎料/铜界面金属间
化合物生长的抑制祁凯，王凤江，赖忠民
（江苏科技大学材料科学与工程学院，镇江212003）
摘要：在钎焊和时效条件下，研究了Sn-3.5Ag无铅钎料中添加0.2%的Zn元素后对钎料/铜界面组织形貌的影响，结果表明，钎焊条件下，将0.2%的Zn元素加入到Sn 3.5Ag钎料中对Cu-Sn间的金属间化合物及其扇贝形形状不产生影响.时效处理后， 0.2%Zn元素的加人对界面IMC层的厚度、组成及形态都有影响.在Sn-3.5Ag-0.2 Zn/Cu接头中，IMC层的长大得到了明显的抑制，并且与Sn-3.5Ag/Cu接头相比，IMC Cu,Sn层的形成完全得到了抑制.在无锌的接头中，还观察到了IMC形态由扇贝形向层状转变，而在含锌的接头中，扇贝形组织在时效过程中没有发生变化，微量Zn元素
的加人对IMC层的增长和组织形态的改变取决于IMC层内元素之间的相互扩散，关键词：无铅钎料；Sn-3.5Ag；金属间化合物；扩散
文献标识码：A
中图分类号：TG115.28
文章编号：0253360X(2011)10005704
言
0序
电子封装的互连焊点在钎焊过程中，钎料合金和镀层金属（如铜、钯、镍或金）之间形成1~2μm 的金属间化合物层（IMC).作为冶金结合，IMC的形成是机械连接的基础。而且，在随后的时效过程中，界面处IMC将继续长大或者形成新的IMC[1]. 但是过度长大的IMC层对焊点的力学性能及其可靠性极为不利[2]，另一方面，随着电子封装焊点的尺寸微型化趋势，高精密电子封装大多有多层的镀层金属.钎料和镀层金属间IMC的过度长大可能将薄薄的镀层金属全部消耗掉，而在接头中，镀层金属对整个接头的力学性能有很大的影响3)，因此在针钎料中添加少量的其它合金元素对提高钎料焊点的可靠性是个很有效的方法
为了适应保护环境的需要，微电子行业对无铅钎料的需求不断增加．多数无铅钎料采用锡基中加人少量的Ag和Cu元素来代替原有的Sn-37Pb钎料，常见的有Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Cu两种.金属间化合物n-CugSns和s-Cu,Sn是无铅钎料和铜基板间常见的金属间化合物.对于传统的Sn-Pb钎料，有报道称加人稀土元素能有效的抑制加速老化过程中
收稿日期：20110320
基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项目（11KJB460003）；江苏
高校优势学科建设工程资助项目万方数据
祁凯
金属间化合物Cu.Sns的长大[4)，但稀土对Sn-3.5 Ag钎料的Cu,Sn，和Cu,Sn长大的影响甚小(5).无铅钎料中加人诸如Ni,Re，Bi,In和Sb元素后，对金属间化合物长大的影响也有了一些研究(6-8]
文献[9]研究表明，Sn-0.7Cu无铅钎料中加入少量Zn元素后能够显著抑制CuSns的长大，而当加人量超过0.8%时，IMC相将转变为Cu,Zng+ 以此为基础，文中研究了微量元素Zn(0.2%）加人到Sn-3.5Ag钎料后对钎料合金和铜基板间IMC长大的影响
1
试验方法
无铅钎料成分分别为Sn-3.5Ag和Sn-3.5Ag
0.2Zn.所需的钎料合金都是选用99.9%纯度的金属经过数小时500℃真空熔炼得到，钎料合金成分采用原子发射光谱进行验证．钎焊接头利用润湿平衡仪通过浸焊的方式来制作，助焊剂为RMA助焊剂，钎料合金的设定温度为260℃基板材料为厚度0.3mm和宽度5mm的纯铜片，焊前表面用酒精清洗脱脂浸人的速度、深度和时间分别设置为5 mm/s,3mm和20s.样品随后进行高温时效，时效温度为150℃，时效时间分别为5，10，15和20d. 样品经切面、磨光，用扫描电子显微镜（SEM）观察钎料/铜基板界面处IMC的厚度及其特征，界面