1 Sn-Ag-Cu系钎料简介

Sn-Ag-Cu无铅钎料具有润湿铺展性较好、钎焊焊点接头的可靠性较高、抗拉强度好、耐热疲劳等优点被认作是Sn-Pb钎料的最优替换品。但世界各国推荐使用的Sn-Ag-Cu系钎料成分尚未一致，美国的电子制造联盟(NEMI)主荐用的合金焊料是Sn-3。9Ag-0。6Cu；在欧洲市场主要推荐使用Sn-3。8Ag-0。7Cu钎料；日本的电子和信息技术工业协会(JEITA)主要推荐使用的质量百分比的钎料是Sn-3。0Ag-0。5Cu[4]。虽然Sn-Ag-Cu系无铅钎料的是综合体系对比下性能最好的，但相比于传统的Sn-Pb钎料的润湿铺展性能还是稍微差了点，因此还有一定的改善地步，目前主流方法是用加入第四组元的手段来改善它的润湿性能。此外，Sn-Ag-Cu系无铅焊料能获得大家的喜爱,也是由于其机械性能优良,抗拉强度高与令人满意的延展率。86461

2 Sn-Ag-Cu系研究动态

如今，研究做钎料剪切试验方面有很多。哈尔滨工业大学的田艳红，王春青[5]等人对BGA小球直径为200到600微米的BGA凸状焊点进行剪切力学性能测试。试验结果分析显示表明：重熔与老化焊点剪切强度会因体积的变大而下降，则表现出明显的体积效应，而断口面貌显示较小的体积焊点有着比较好的韧性，剪切时在钎料内部发生断裂，而较大体积焊点的断面特征表现为脆性断裂，剪切时在界面处断裂。论文网

王俭辛等人[6]研究在Sn-Ag-Cu 无铅钎料中添加稀土元素Ce，结果添加后显著提升焊点剪切强度，逐渐添加当Ce含量达到0。03%时，Sn-Ag-Cu-Ce微焊点剪切强度最大,剪切力学达到性能最优，Ce元素过量添加会生成Sn-Ce金属间化合物在钎料内部，焊接中会产生孔洞，因为该化合物发生氧化反应，降低了力学性能[7]。史耀武等人[8]发现RE元素微量添加，Sn-Ag-Cu钎料的熔化温度会有一点增加。在无铅钎料Sn-0。3Ag-0。7Cu中添加Ni元素，钎料的IMC和组织的晶粒的尺寸都在减小，同时Ni元素会与Sn形成弥散分布的IMC即(Cu,Ni)6Sn5，增强合金钎料的机械性能[9]。在 Sn-3。0Ag-0。5Cu钎料中添加Sb当量达到0。5%时可以显著细化钎料的显微组织，组织细化的最好[10]。

3 Sn-Ag-Cu/Cu焊点组织与力学性能

Cu具有较优越的导电特性和钎焊特性，在电子焊盘制造中更被广泛的应用制造成Cu焊盘，Sn-Ag-Cu系合金钎料没有添加其它组元素，钎焊合金中的Sn基和Cu之间互相发生相应的冶金反应，因而形成Cu6Sn5或者是一定的Cu3Sn的界面层。保障和提升焊点力学特性性能的重要条件就是形成的界面层厚度比较适中，然而界面层IMC与钎料基体的力学特性和热学性能互相匹配相对较差一点，所以在使用中界面层IMC就容易成为裂纹产生的开始地带。同时在以后的正常使用过程中，焊点的界面IMC层则会不停的增长，厚度也会跟着继续增加，也就导致了微焊点的综合性能下降直至它失效，即过厚的金属间化合物会降低焊点的耐剪切力度与抗拉效果以及钎料焊点的耐疲劳能力都会出现下降。过薄同样出现上述的情况，假如能够抑制在服役期间的界面IMC过快生长，那么也就能增强焊点可靠性。

在Sn-Ag-Cu无铅钎料中添加第四组元素会对焊点的微观组织与力学性能表现产生显著的影响，根据第四组元素中，按与钎基组元的互相作用形式可以简要的归成下面几类：第一类是稀土元素，亲Sn性是它特有的属性，稀土元素与Sn反应然后产生RE-Sn化合物，该化合物影响IMC界面周边Sn元素的活度来间接控制界面层的生长；第二类是能与Cu-Sn化合物的元素固溶，比如Ni、Co、Zn、Sb、In、等，界面层生长的生长受添加的这些元素的影响比较明显；第三类是比如Bi、Ge、Ti、Fe以及Mn等元素不参与Cu-Sn界面层反应但却能和Sn基以及Sn化合物中的元素固溶。