图1-1 封装形式的发展

球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装(BGA器件示意图见图1-2所示)是顺应匹配目前电子封装技术朝高密度、细间距、轻小薄等多功能方向发展的一种新型封装技术，近些年来，微电子产品的持续微型化使得互连微焊料产品封装和封装间距触点保持较小的尺寸，虽然焊点尺寸减小了，但机械接头较小进行力、热、电负载变得越来越重，剪切应力作用下的BGA微凸点互连失效的重要原因是电子元器件的自身力学性能效果发生变化。因而，封装中印制电路板与芯片之间具有高可靠性的最有力保障就是微焊点有良好的剪切力学性能。因此互连的微焊点可靠性就变得日益重要，研究小尺寸微焊点的剪切强度，断裂的外观和界面微观结构的不同就显得更加重要有意义。

图1-2 BGA器件示意图

1。3 无铅钎料的要求与发展

当今的电子封装工业中的运行产品工艺和设备大部分是以先前传统的钎料Sn-Pb合金而设计制造的，所以为了顺应满足当下的封装中焊点的可靠性要求，对现代替换的无铅钎料通常要满足以下几个方面硬性的要求：无毒，成本低，可循环再生，存储寿命久；熔化温度低，和Sn-Pb系钎料的物理特性性能相似甚至更好；润湿铺展效果要好，以及能和现有的液态或膏状助焊剂匹配兼容，能够提升焊点的可靠性。较好的导电性与较优的力学性能；抗氧化和抗腐蚀特性好。近些年，海内外研究者研究了很多无铅钎料，其中有二元钎料主要有Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-In、Sn-Ag、Sn-Bi等，又有好多研究显示：二元钎料Sn-Ag与Sn-Cu等钎料合金的剪切力学强度、耐蠕变特性与耐疲劳强度都比较优异，对于电子封装工业不得不说是一种吸引力，然而这两种钎料的合金熔化温度均较高，熔点高和价格较贵是Sn-Ag系焊料存在的最大问题[2]，所以不能满足当下需求。因此人们首先想到在二元合金中适当加入微量其它的元素得到一些多元的合金钎料，如Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Bi系、Sn-Ag-Zn系、Sn-Zn-In系、Sn-Ag-Bi-Cu系等，目前最看中且认可的三元合金钎料是Sn-Ag-Cu系，同时也累积了一定程度的使用经历，用来替换Sn-Pb钎料合金，含铅的质量分数必须小于0。1％。由于有国际规定了这一个无铅钎料的具体定义，后来人们使用发展而来的无铅钎料就从上述无铅钎料的含义而来的。表1-1为常用二元合金对比。

表1-1 常用锡基二元钎料合金的优点缺点比较[3]

焊料成分 熔点/℃ 优点 缺点

Sn-3。5Ag 221 高耐疲劳性，抗蠕变，高强度 价格较高，熔点偏高

Sn-58Bi 139 流通性高，结合性好 润湿性差，延展率差

Sn-0。7Cu 227 强度高，价格低，延伸率高 力学机能不如Ag焊料，熔点却偏高

Sn-51In 120 润湿效果好 成本较高，塑性不理想

Sn-9Zn 199 资源丰富，价格低，高强度 润湿性与耐腐蚀性差

被誉为金属中的“维生素”稀土元素(RE)，添加微量的稀土元素可以一定程度上改善合金的显微组织，并且提高它的力学性能。因为它独特的功能是其在材料的发展中占有很重要的地位，许多专家对此进行了大量工作。Er、Y、Ce、Nd、和La等元素是经常使用的稀土元素，因为考虑到成本的原因有时只添加一种稀土元素。目前，Sn-Ag-Cu系合金焊料中添加稀土元素的研究最多，是因为Sn-Ag-Cu系无铅焊料是目前综合体系对比下性能最好的无铅钎料。