老化退火中Cu/AuSn20/Ni焊点的组织演变

研究Cu/AuSn20/Ni焊点在120、160和200℃下老化退火时金属间化合物(IMC)层的组织形貌、生长动力学以及焊点剪切性能。结果表明:在老化退火过程中,焊点Cu/AuSn20上界面形成AuCu和Au(Cu,Sn)复合IMC层,Ni/AuSn20下界面形成(Ni,Au,Cu)3Sn2四元IMC层;IMC层厚度随着退火时间延长而逐渐增大,其生长动力学分析表明AuCu层和Au(Cu,Sn)层的生长机制为体积扩散,而(Ni,Au,Cu)3Sn2层的生长机制为反应扩散;IMC层的长大速率随温度升高而增大;焊点的室温剪切强度随AuCu和Au(Cu,Sn)层厚度增大而大幅降低,剪切断裂发生在Cu/AuSn20界面。

Cu／AuSn20／Ni焊点界面组织及剪切强度

采用回流焊技术制备Cu／AuSn20／Ni（质量百分比）焊点，通过扫描电子显微镜及电子万能试验机分析焊点在300℃钎焊后的界面组织及剪切强度。结果表明，Cu／AuSn20／Ni焊点在300℃钎焊较短时间时，AuSn20焊料形成（Au5Sn＋AuSn）共晶组织，Cu／AuSn20上界面形成胞状的ζ-（Au，Cu）5Sn层；AuSn20／Ni下界面形成片状（Ni，Au）3Sn2金属间化合物（IMC）；随着钎焊时间的延长，基板中Cu、Ni原子不断往焊料扩散，焊料成分发生变化，冷却后焊点的共晶组织消失，上界面形成ζ（Cu）固溶体，下界面的片状（Ni，Au）3Sn2不断长大形成连续IMC层，焊点组织最终由℃（Cu）固溶体和（Ni，Au）3Sn2IMC组成。钎焊接头的剪切强度随钎焊时间延长而增大，但是增大幅度较小。

AuSn20/Ni焊点的界面反应及剪切强度

采用回流焊技术制备AuSn20/Ni焊点,通过扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDX)研究AuSn20/Ni焊点界面反应特征,探讨退火温度和时间对AuSn20/Ni焊点显微组织和剪切强度的影响。结果表明:AuSn20/Ni焊点在300℃钎焊90 s后,焊料内部产生ζ′-Au5Sn+δ-AuSn共晶组织和棒状(Ni,Au)3Sn2相。焊点在150℃退火时,界面反应速度较慢,金属间化合物(IMC)层厚度随着退火时间延长而缓慢增大;焊点的剪切强度随退火时间延长有较小幅度下降。在200℃退火时,AuSn20/Ni的界面反应速度较快,焊料/Ni界面形成(Au,Ni)Sn+(Ni,Au)3Sn2复合IMC层。焊点的剪切强度随退火时间延长呈较大幅度下降。从焊点力学可靠性方面考虑,AuSn20/Ni焊点不宜在200℃及以上温度长时间服役。