Cu表面Ni基复合镀层对无铅焊料钎焊性能及界面可靠性的影响.pdf

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1、Cu表面Ni基复合镀层对无铅焊料钎焊性能及界面可靠性的影响谢晓辰2015年1月中图分类号：TG40UDC分类号：620Cu表面Ni基复合镀层对无铅焊料钎焊性能及界面可靠性的影响作者姓名谢晓辰学院名称材料学院指导教师赵修臣副教授答辩委员会主席刘颖教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月20日Solderingperformanceandinterfacialreliabilitybetweenlead-freesolderandNi-basedcompositecoating

2、onCusubstrateCandidateName：XiaochenXIESchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:Ass.Prof.XiuchenZHAOChair,ThesisCommittee：Prof.YingLIUDegreeApplied:MasterofEgineeringMajor：MaterialsScienceandEgineeringDegreeby:BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGYTheDate

3、ofDefence：Jan.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，随着传统SnPb共晶焊料逐渐被Sn-Ag-Cu系无铅焊料取代，Sn与Cu之间的界面反应及其

4、带来的可靠性问题引起了人们的重视，一方面高熔点的Sn-Ag-Cu系无铅焊料使钎焊温度提高，另一方面无铅焊料中大量Sn会与Cu发生反应，导致无铅焊料/Cu之间形成过厚的界面金属间化合物(IMC)层，给电子元器件使用可靠性带来危害。在Cu基板或引脚表面镀覆一层扩散阻挡层，减缓Sn与Cu反应程度、减小无铅焊料/Cu界面IMC层的厚度，是提高无铅焊料焊点可靠性的有效手段。本论文采用化学镀工艺，在Cu基板表面分别制备Ni镀层、添加纳米SiO2粒子的Ni基复合镀层以及添加SiC的Ni基复合镀层，系统研究了Ni基复合镀层中粒子添加浓度对S

5、n-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)焊料的润湿性能、界面IMC生长和钎焊接头剪切强度的影响规律，同时对比研究了在无铅焊料中添加纳米SiO2粒子对其在Cu基板、Ni镀层以及Ni基复合镀层上的润湿性能、界面IMC生长和钎焊接头剪切强度的影响。获得了以下研究结果：（1）由于Ni/Sn反应比Cu/Sn之间的反应慢，降低了SAC305焊料在镀镍Cu基板上的润湿力，但Cu基板表面的Ni镀层可以有效抑制焊料/基板界面间IMC的生长，并提高接头的剪切强度。（2）在Ni镀层中添加SiO2或SiC颗粒均能有效抑制SAC305/基板间界面I

6、MC的生长，但与添加SiC粒子的Ni复合镀层相比，添加纳米SiO2的效果更好。在Ni镀层中添加SiO2粒子不仅能有效抑制SAC305/基板间界面IMC的生长，还能明显提高SAC305焊料在基板上的润湿性能和钎焊接头的剪切强度，SiO2粒子在Ni镀层中的最佳添加量为6g/L。（3）相比于SAC305焊料，通过向SAC305焊料中添加0.05wt.%的SiO2粒子，可明显改善焊料在Cu基板及镀镍Cu基板的润湿性能，界面间IMC的生长速率常数ε更小，钎焊接头的剪切强度更高。但，向焊料中纳米SiO2粒子降低了其在Ni-SiO2复合镀

7、层上的润湿性，减弱了复合镀层对界面IMC生长的抑制作用，同时也降了钎焊接头的剪切强度。关键词：扩散阻挡层；润湿性能；金属间化合物；剪切强度；复合镀层I北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthereplacementofthetradutionalSn-PbsolderbySn-Ag-Culead-freesolder,theinterfacialreactionbetweenSnandCuandrelatedreliabilityissueshavecausedhighattentio

8、n.ThehighproportionofSninlead-freesolderwillleadtoafastreactionbetweenCuandSn.AlargenumberofIntermetalliccompounds(IMC)formationwilldamagethereli