《表1 不同回流温度下IMC层厚度》

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《回流温度对Sn-58Bi焊点显微组织及剪切强度的影响》

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图4为不同回流温度下IMC层的SEM照片。由图可见:回流温度越高，IMC层越厚，从图中可以清楚地看到在Sn-58Bi焊料与Cu基板之间形成了一层金属间化合物，靠近Cu基板一侧的形貌平整，而靠近焊料一侧的形貌凹凸不平，金属间化合物呈波浪状镶嵌在焊料内部。不同回流温度对应的IMC层厚度如表1所示。当回流温度为140、160℃时，IMC层较薄，靠近Sn-58Bi焊料一侧的形貌呈细小锯齿状；当回流温度在180～200℃范围内时，IMC层边缘平整，图4（d）为Sn-58Bi焊料与Cu基板在200℃下形成的IMC层形貌，可以明显发现界面层内部出现孔洞；当回流温度在220～260℃范围内时，IMC层增长幅度明显，且界面粗糙、参差不齐，之前平整的边缘生长成粗大的短棒状，如图4（e）所示，220℃时IMC层产生了明显的龟裂现象，该现象对焊点可靠性将产生不利影响。结合表1可以看出，回流温度越高，IMC层越厚，回流温度在200℃以下时，IMC层厚度均不超过2μm，140℃时IMC层最薄，为0.723μm，回流温度在220℃以上时，IMC层厚度在2μm以上，260℃时最厚为3.712μm。分析认为:在回流焊接的过程中，由于Cu6Sn5的生长激活能较低，Sn-58Bi焊料开始熔融时，便可在短时间内与Cu基板反应生成一层较薄的界面层，其反应式为6Cu+5Sn→Cu6Sn5，随后的IMC层主要靠Sn与Cu的相互扩散、反应生成，因为Cu元素在Cu6Sn5相中的扩散速率大于Sn，所以图4中的IMC层均是向Sn-58Bi焊料一侧生长，最终形成参差不齐的界面。随着回流温度不断升高，加速了Cu与Sn的活动与扩散速度，不断生成新的Cu6Sn5相，造成金属间化合物层不断生长、变厚。回流温度超过200℃时，过厚的IMC层内部出现孔洞、裂纹，这是因为Sn-58Bi焊料与金属间化合物、Cu基板的热膨胀系数不同，使得在焊接过程中界面附近产生热应力，从而影响到界面的应变，产生开裂。