等温时效对SnCuTi/Cu无铅焊点界面反应及力学性能的影响

　　0 前言

　　虽然SMT(表面组装技术) 已成为当前电子整机组装的主流技术，但由于通孔插装元器件在大型计算机、军用电子产品、细间距连接器等高端电子产品中有不可代替的应用，加上其成本低廉，THT(通孔组装技术)仍是电子封装行业中不可或缺的一部分[1]。电子产品微型化的发展，使得电子封装密度不断增加，电子产品的散热条件越来越差，这给THT的可靠性带来巨大的挑战。然而对THT的研究多数是在工艺方面，在可靠性方面的探索与SMT相比还远远不够[2-3]。

　　目前在THT组装中常用的无铅钎料是Sn-0.7Cu钎料，但从实际应用来看Sn-0.7Cu钎料还存在一些问题。在波峰焊时容易氧化，产生残渣; 钎料流动性不够，难以充分填充钎缝间隙。显然Sn-0.7Cu钎料还不能完全满足当前的生产需要，还需进一步改善。文献[4]研究了添加微量元素Ti对Sn-0.7Cu钎料润湿性能和界面反应的影响。指出Sn-0.7Cu钎料加入少量的Ti能够使钎料的铺展面积提高约5%，抑制界面IMC在焊接过程中的生长，但界面IMC的晶粒尺寸变大。以上研究只是针对Ti对钎料焊接性能的改进，并未对服役过程中Sn-0.7Cu-0.008Ti钎料焊点的可靠性进行研究。在互连焊点的服役过程中，高的服役温度将加速界面IMC的生长[5]，而界面IMC的变化必然导致焊点力学性能的变化。

　　Jeong-Won Yoon[6]等人研究指出Sn-0.7Cu/Ni焊点在185℃和200℃时效60天，其抗剪强度与未失效时相比分别下降48.4%和67.5%。因此，进一步深入研究添加微量Ti 的Sn-0.7Cu-0.008Ti/Cu焊点在时效过程中界面IMC和焊点抗剪强度的演变是非常必要的，可为Sn-0.7Cu-0.008Ti钎料在通孔组装中的应用奠定基础。

　　1 试验

　　1.1 试样制备

　　等温时效试样：本试验采用双面PCB板，剖面如图1所示，其参数为：板厚1.6mm，孔壁镀铜厚度25μm，表面涂覆层为有机防氧化保焊膜(OSP)，通孔直径D分别为0.8，1.0和1.3mm，引线直径d为0.6mm，通孔间隙δ为0.1，0.2和0.35mm。试验所用钎料为Sn-0.7Cu-0.008Ti。波峰焊工艺参数：波峰焊焊接温度260℃，焊接时间5s，中性活性钎剂(RMA)，传送带速度为1200mm/min，传送角度为8°。剪切试样：线切割制备尺寸为0.4mm×2mm×50mm 纯铜试样条，钎料为Sn-0.7Cu和Sn-0.7Cu-0.008Ti。焊接面用砂纸打磨光滑，丙酮清洗油污，w(HCl)5%溶液去除氧化膜，用去离子水和乙醇清洗烘干。制得搭接试样接头如图2所示，钎焊温度260℃，钎焊时间30s，中性活性钎剂(RMA)，焊后去除试样结合部位以外的钎料。

　　1.2 试验方法

　　时效试验：将焊后的通孔插装试样放入恒温炉进行时效，时效温度为125℃，时间分别为200，400，600，800和1000h，时效后的试样用环氧树脂进行镶样，经研磨抛光后先用体积比为1∶1的φ(NH3·H2O)25%~30% 和 φ (H2O2)3%~5% 溶液腐蚀Cu，再用φ(HCl)4%和酒精溶液腐蚀钎料。最后用SEM 观察界面IMC形貌，并用EDX进行成分分析。