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摘要
目的 高密度封装技术能减少焊盘尺寸和焊盘里面所含晶粒的数量，当多晶焊盘转为单晶焊盘时，晶粒的取向会对界面处金属间化合物的形成产生重要影响。选取具有发展前景的Sn-1.5Ag-2Zn作为焊料合金，研究焊料与单晶(111)铜基板界面反应，得到金属间化合物的生长动力学规律。方法 将Sn-1.5Ag-2Zn无铅焊料分别与单晶(111)铜基板及多晶紫铜基板在250℃下进行回流焊接5 min，将焊接后的样品在160℃下分别进行20 h,100 h,300 h,600 h热处理。用扫描电子显微镜背散射电子成像和二次电子成像、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪等研究焊接界面处的显微组织、金属间化合物成分以及性能。结果 合金焊料与铜基板接触迅速生长出凹凸不平类似扇贝状Cu6Sn5金属间化合物层，与单晶铜表面形成的Cu6Sn5晶粒尺寸比多晶铜的大，单晶铜无晶界阻挡原子扩散，影响晶粒形核与长大。合金焊料与单晶(111)铜焊点在160℃下热处理20 h快速形成的Cu6Sn5生长速度是多晶铜上焊点的2倍左右。而后随热处理时间增加增长缓慢，热处理600h后厚层Cu6Sn5由于裂纹扩散出现溃断，金属间化合物的厚度维持在3.5μm。焊料与多晶铜焊点在热处理过程中生成的Cu5Zn8起到阻挡层的作用，阻挡焊料与铜基板接触，抑制Cu6Sn5生成，热处理300 h后Cu5Zn8破碎分解，Cu6Sn5在阻挡层消失后快速生长，厚度约为2.8μm。结论 单晶铜上焊点金属间化合物的厚度比多晶铜上金属间化合物的厚度多0.7μm，热处理后合金焊料与单晶铜界面形成的金属间化合物致密性更好，基本没有孔隙，而合金焊料与多晶铜界面上金属间化合物晶粒间存在明显孔隙，可以预测合金焊料与单晶铜界面的焊接质量更好。
- 出版日期2023
- 单位广东工业大学华立学院
