1.4.1 焊点可靠性 5

1.4.2 液态时效对焊点可靠性的影响 5

1.5 研究目的和内容 6

第2章 试验方法 8

2.1 钎料制备 8

2.2 热分析试验 8

2.3 回流焊试验 9

2.4 钎料合金及焊点界面处IMC的微观形貌 10

2.5 焊点的液态时效处理 11

2.6 钎料合金的抗拉强度测试 11

2.7 焊点的抗剪强度测试 11

第3章 结果与分析 13

3.1 Sn-18Bi-xCu显微组织 13

3.2 Sn-18Bi-xCu热分析 15

3.3 Sn-18Bi-xCu钎料拉伸性能研究 16

3.3.1 拉伸性能测试 16

3.3.2 拉伸断口分析 17

3.4 焊点抗剪切性能测试 20

3.4.1 焊点断口形貌分析 20

3.4.2 焊点剪切试验 24

3.5 液态时效对Sn-18Bi-xCu/Cu焊点界面组织形貌的影响 25

结  论 33

致  谢 34

参考文献 35

第一章  绪论

1.1  电子封装的无铅化发展

这些年来，随着移动互联网的发展，电子设备也呈多元化发展的趋势，各种电子设备和系统朝着更轻、更短、更薄、尺寸更小、功能更多、功耗更少、可靠性更高等趋势发展。想要朝着这些方向发展，首先，集成电路技术正在向超小型方向发展，特征尺寸也从非纳米级别进一步发展到了纳米领域，使得集成电路芯片的性能得到了迅速提高；然后，电子封装也朝着引脚更多，可靠性更高，更加三维立体以及功能更多的方向快速发展[1]。

上个世纪初，二极管的发明宣布了人类开始正式迈入了电子时代。电子封装在二十世纪大致经历了两个阶段：第一阶段为插装型，第二阶段为表面贴装型的四方扁平封装。而到了二十一世纪，电子封装也开始进入了第三阶段：平面阵列型。电子封装正在朝着更小的尺寸，更多的功能，更加立体的结构等方向发展。因此，其对封装所用的钎料以及封装工艺的标准也有了更加严格的要求[2]。

在电子封装的发展过程中，因为Pb拥有良好的延展性、柔软性以及润湿性，熔点低，成本低，焊点可靠性高等优点，在过去的电子封装中往往都使用含铅钎料，因此，国内大多数电子厂商是依据含铅钎料的工艺特性分布产线。但是因为铅是有毒金属的缘故，过量使用含铅材料不但会造成恶劣的环境污染，也会大大危害到使用者的身体健康。由于世界各国对于绿色环保越来越重视，因此不再一味追求着产品拥有优良的性能，另一方面也开始注意它的环保，无毒害，绿色等特点[3]。世界各国开始限制甚至禁止使用含铅材料，电子工业也慢慢开始抛弃了传统的含铅钎料，开始开发并使用更为绿色的无铅钎料，所以，发现并开发更多的无铅钎料并且开始在钎焊过程中去除铅的使用成为了微电子工业发展的重要方向。

目前，欧美等地区的许多发达国家已经开始发展具有环保理念的绿色无污染无铅钎料，如Sn-Ag-Cu系、Sn-Zn系、Sn-Bi系等无铅钎料[4]。通过与含铅钎料进行一定的对比，这些无铅钎料的力学性能，润湿性，熔点，耐热性，抗疲劳能力以及蠕变特性等性能较为良好，但仍需改善。由于在钎焊过程中，Sn基钎料表现出较好的润湿性，因此，各国对于无铅钎料的研究主要集中在Sn基无铅钎料的开发中。由于Sn-Bi系钎料合金的熔点比较低，使得电路板与电子元器件对于耐热性的要求降低，也不会出现经时变化和浸润变差等传统问题，力学性能也比较好。但是，Sn-Bi钎料也存在一些弊端，Sn-Bi合金的抗冲击性比较差，焊锡凝固以后Bi由于失去固溶度，从焊锡中析出板状的Bi晶粒。Sn-Bi合金在实际的生产过程中也很容易出现问题，比如必须采用熔点在190℃左右的焊锡[5]。通过其相图可知，Sn-Bi的固液共存温度非常宽，这也使得Sn-Bi钎料常常发生固液偏析现象。另外Sn-Bi合金和某些元素匹配性较差，自身耐热性也比较差。