激光釬焊工藝參數(shù)對釬焊界面反應(yīng)的影響.pdf

1、傳統(tǒng)Sn-Pb焊料因Pb為重金屬元素對人體和環(huán)境有不利影響，焊料無鉛化成為電子封裝行業(yè)的必然選擇。激光作為一種新型熱源，因具有加熱能量密度高，冷卻速度快，局部加熱熱應(yīng)力小，焊接時間短，輸出能量能得到精確控制等優(yōu)點受到人們越來越多的關(guān)注。焊接過程中，焊料與基板界面產(chǎn)生的金屬間化合物（IMC）的形貌及生長行為對焊點的可靠性產(chǎn)生非常重要的影響。因此，研究激光釬焊條件下，金屬間化合物的形貌特點及生長行為是一項非常重要且有實際意義的課題。

2、　　本文采用光纖激光器為熱源，通過改變激光釬焊工藝參數(shù)對成分為Sn，Sn-0.7Cu，Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu釬料片與多晶銅基板進(jìn)行釬焊，尋找各種釬料的成形良好的激光釬焊工藝參數(shù)范圍。對釬焊后得到的樣品處理后利用SEM觀察手段對界面生長的產(chǎn)物進(jìn)行項面形貌和斷面形貌的觀察，研究在激光釬焊條件下，各種無鉛焊料焊料與Cu基板界面金屬間化合物生長規(guī)律及機制。主要結(jié)論如下：⑴在一定的激光掃描速率下，隨著激光輸出功率的增大，界

3、面Cu6Sn5的形貌依次會發(fā)生如下轉(zhuǎn)變:輸出功率較低時，晶粒形貌一般為典型頂面光滑的扇貝;增加激光輸出功率值，扇貝狀I(lǐng)MC發(fā)生向棱柱狀晶粒的轉(zhuǎn)變;進(jìn)一步增加輸出功率，出現(xiàn)底部緊密排列的，上部有凸起的Cu6Sn5晶粒;再次增加功率數(shù)值，發(fā)現(xiàn)界面處及釬料內(nèi)部都存在有大板片狀Cu6Sn5。⑵在一定的激光輸出功率下，改變激光掃描速率，界面Cu6Sn5形貌一般會經(jīng)歷如下的轉(zhuǎn)變:當(dāng)激光掃描速率較快時，Cu6Sn5晶粒一般呈現(xiàn)尺寸均勻細(xì)小的扇貝狀;當(dāng)

4、激光掃描速率有所放慢時，Cu6Sn5晶粒出現(xiàn)小平面特征，說明有向棱柱狀轉(zhuǎn)變的趨勢;當(dāng)掃描速率進(jìn)一步減小時，Cu6Sn5晶粒的形貌會發(fā)生扇貝狀向棱柱狀晶粒轉(zhuǎn)變，棱柱狀晶粒的尺寸隨著掃描速率的放慢而增大;隨著掃描速率的降低，棱柱狀晶粒被底部排列緊密，上部有凸起的晶粒替代，能量輸出增加即掃描速率再次降低時，出現(xiàn)板片狀Cu6Sn5。⑶在四種釬料體系生成的棱柱狀晶粒形貌之間也有所差別。Sn，Sn-0.7Cu與多晶Cu反應(yīng)界面生成的為兩個成一定角度

5、排列的平面的棱柱狀形貌Cu6Sn5，而Ag元素的加入使得生成界面產(chǎn)物Cu6Sn5形貌傾向于六棱柱狀。⑷使用Cu6Sn5頂面圖像進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)分析可知:在一定激光輸出功率下，隨著激光掃描速率的增加，單位積內(nèi)（1μm2）晶粒的個數(shù)均呈現(xiàn)增長的趨勢。其中含Ag釬料，即為Sn-3.5Ag，Sn-3.0Ag-0.5Cu此項數(shù)值明顯高于含Cu釬料，即Sn-0.7Cu。⑸在本次實驗條件下，在一定釬焊功率下，存在一個激光掃描速率最低臨界值及激光掃描速率

6、最高臨界值:當(dāng)激光掃描速率低于最低掃描速率臨界值焊點容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，反之當(dāng)激光掃描速率高于最高掃描速率臨界值時，焊點無法良好成形或無法形成具有一定連接強度的焊點。⑹釬焊某一種成分釬料時，激光掃描速率最高臨界值呈現(xiàn)隨激光輸出功率增大而增大的趨勢。⑺在一定功率下，四種釬料的形成良好焊點的激光掃描速率范圍情況如下:Sn-3.0Ag-0.5Cu的激光掃描速率范圍最寬，其次是Sn-3.5Ag其釬焊速率范圍接近或略小于前者，再次為Sn-0.7Cu