【摘 要】
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Sn-10Bi钎料由于Bi原子的固溶强化而拥有很高的强度,且熔点接近Sn-Ag-Cu钎料,因此本论文将Sn-10Bi钎料作为研究对象。同时,研究发现Zn元素的添加能够有效抑制Cu-Sn金属间化合物的增长,但过多的Zn元素会影响焊点的力学性能,因此本论文在Sn-10Bi钎料中添加微量的Zn元素,研究了微量Zn元素的添加对Sn-10Bi焊点的界面反应、剪切性能以及电迁移行为的影响。添加0.2wt.%的
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Sn-10Bi钎料由于Bi原子的固溶强化而拥有很高的强度,且熔点接近Sn-Ag-Cu钎料,因此本论文将Sn-10Bi钎料作为研究对象。同时,研究发现Zn元素的添加能够有效抑制Cu-Sn金属间化合物的增长,但过多的Zn元素会影响焊点的力学性能,因此本论文在Sn-10Bi钎料中添加微量的Zn元素,研究了微量Zn元素的添加对Sn-10Bi焊点的界面反应、剪切性能以及电迁移行为的影响。添加0.2wt.%的Zn之后,Sn-10Bi-0.2Zn/Cu的金属间化合物变为Cu6（Sn,Zn）5,金属间化合物的增长速率降低,未时效焊点的剪切力下降,剪切断裂更多地发生在金属间化合物层,而热时效之后的焊点与Sn-10Bi/Cu相比剪切力增大,剪切断裂发生在钎料中的概率变高。Sn-10Bi-0.2Zn/Ni的金属间化合物变为Ni3（Sn,Zn）4,且扩散的Zn原子作为扩散阻挡层,抑制了Ni原子的扩散,导致金属间化合物层中的富Ni相减少。与Sn-10Bi/Ni相比,Sn-10Bi-0.2Zn/Ni剪切力下降,剪切断裂更多地发生在金属间化合物层。添加0.5wt.%的Zn之后,Sn-10Bi-0.5Zn/Cu界面处先生成Cu5Zn8,随后生长为Cu6（Sn,Zn）5-Cu5Zn8-Cu6（Sn,Zn）5的结构,且由于Cu5Zn8不稳定,生长于Cu5Zn8上的Cu6（Sn,Zn）5容易脱落并扩散到钎料基体中,导致金属间化合物层厚度下降。在时效后期,Cu5Zn8完全分解,金属间化合物层由Cu6（Sn,Zn）5组成。同时,添加0.5wt.%的Zn之后,焊点的剪切力大幅提高,剪切断裂发生在钎料中的概率变高,热时效之后,剪切力逐渐下降,剪切断裂更多地发生在金属间化合物层。Sn-10Bi-0.5Zn/Ni的界面处同样生成Ni3（Sn,Zn）4,金属间化合物层中的大量Zn原子作为扩散阻挡层显著抑制了界面反应的进行。Sn-10Bi-0.5Zn/Ni在未时效和时效初期剪切力大幅提高,剪切断裂更多的发生在钎料基体中,时效时间延长后剪切力减小,剪切断裂更多地发生在金属间化合物层。Cu/Sn-10Bi/Cu焊点在室温、1.0×104A/cm2的电流密度下通电时,Bi原子不断向阳极扩散,Bi相在β-Sn中的分布方式逐渐由弥散分布变为线状分布,阳极一侧没有形成富Bi层,且阳极一侧的金属间化合物生长速率远大于阴极一侧,阴极一侧的金属间化合物层厚度在通电过程中逐渐减小,出现了Cu基板略微溶解的现象。添加0.2wt.%的Zn之后,界面处的原子扩散受到抑制,阳极金属间化合物的增长和阴极金属间化合物的减少幅度大幅降低,0.2wt.%的Zn元素的添加抑制了焊点阴极一侧的基板在电迁移过程中的消耗,也大大减缓了阳极一侧金属间化合物的过量增长。
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