納米顆粒對Sn58Bi-Cu微焊點的改性及機理研究.pdf

1、在電子產品的無鉛化進程中，SnBi釬料憑借低成本、低熔點、低熱膨脹系數和良好的力學性能在低溫封裝領域得到了廣泛的應用。然而，SnBi釬料在使用中存在強度低、脆性大等缺點。為了改善 SnBi釬料的組織和性能，本文通過機械攪拌的方法制備納米顆粒復合焊膏，并對復合焊膏的熔化特性、潤濕性、缺陷形成機理、焊后微觀組織變化及剪切性能進行了分析研究。
　　研究結果表明：在 Sn58Bi焊膏中分別添加3wt％的納米銅和納米鎳顆粒后，形成的復合焊膏

2、的液相線溫度較 Sn58Bi焊膏分別上升了1.21、0.38℃，熔程分別增大1.16、0.33℃。添加納米顆粒后，復合焊膏的在銅基板上的鋪展系數有所下降，原因是復合焊膏在熔化過程中的流動性因內部生成高熔點固態(tài)金屬間化合物而變差所致。
　　借助 X射線三維和二維成像技術，通過對納米銅復合焊膏焊后的缺陷分析發(fā)現：隨納米銅含量的增加，焊點內部的孔隙率增大。當銅顆粒含量達到15wt%時，焊點內部孔隙約占整個焊點面積的一半。其原因是銅顆粒在

3、復合焊膏熔化過程中與基體中的 Sn反應生成高熔點金屬間化合物，銅顆粒含量高的焊點內部生成的金屬間化合物多，對助焊劑揮發(fā)時氣體溢出的阻礙作用大，導致焊點的孔隙率增大；然而，本文添加的銅顆粒尺寸對焊點內部的孔隙率影響不明顯。
　　添加納米銅顆粒后，其與基體中Sn反應生成的 Cu6Sn5相作為形核質點彌散的分布在基體組織中，使復合焊膏焊后的微觀組織得到了細化；納米顆粒的加入消耗了基體中的一部分 Sn，使得 Bi在焊點表面區(qū)析出形成富 B

4、i相，且隨納米銅顆粒含量的增加，析出現象變得更加明顯。添加納米鎳顆粒后，鎳以化合物的形式彌散的分布在基體組織中，對復合焊膏的微觀組織起到了一定的細化作用。
　　復合焊膏焊后的剪切力隨納米顆粒的加入有所降低，其原因是由于添加納米顆粒后，焊點內部的孔隙率增大，導致焊點的連接強度降低；通過剪切斷口形貌分析，添加納米銅顆粒后，焊點的斷裂位置由體釬料與基板的界面處向體釬料內部轉移；對比分析銅顆粒尺寸對焊點剪切性能的影響，添加50 nm Cu