陳建勛，趙興科，劉大勇，黃繼華，鄒旭晨

（北京科技大學 材料科學與工程學院，北京100083）

在電子元器件與基板互連中，釬料作為必需的材料起電連接和機械連接作用，因此，焊點可靠性與釬料性能的優(yōu)劣緊密相關。Sn63Pb37釬料作為互連材料已廣泛應用在微電子工業(yè)中，由于鉛是有毒物質，在國際立法的推動下和人類對環(huán)保意識的日益增強，電子工業(yè)實行無鉛化已成為大勢所趨。在眾多無鉛釬料中，SnAgCu釬料以其優(yōu)越的性能被認為是傳統(tǒng)SnPb釬料的最佳替代品[1，2］。但與Sn63Pb37釬料相比，SnAgCu釬料含Sn量較高（一般高于90%，質量分數，下同），熔點相對較高，釬焊時釬料容易被氧化，熔融釬料表面的氧化物浮渣會影響釬料的潤濕性能，降低其可焊性。氧化物夾渣還會降低接頭的力學性能，危害焊點的可靠性[3］。SnAgCu釬料在凝固過程中過冷度較大，容易形成粗大的β－Sn樹枝晶及大片或柱狀的金屬間化合物（Intermetallic Compound，IMC）組織，并呈不均勻分布，使其抗蠕變性減弱[4，5］。釬焊界面處生成IMC層過厚，在服役過程中會導致應力集中，并在Cu3Sn／Cu界面伴有大量孔洞形成，降低焊點的疲勞壽命和可靠性[6，7］。此外，SnAgCu合金有較高的彈性模量，使焊點抗沖擊／振動性能變差，不能保證電子產品的抗跌落性能，尤其對于使用面陣列封裝的便攜式電子產品，如球柵陣列和芯片尺寸封裝[8，9］。SnAgCu釬料的熱膨脹系數（Coefficient of Thermal Expansion，CTE）與Cu基體相差較大，導致焊點和基板間CTE不匹配，在熱循環(huán)載荷作用下，易發(fā)生疲勞破壞而導致焊點剝離，降低了焊點可靠性[10］。隨著電子產品功能集成化、結構微型化、高密度組裝及高性能發(fā)展，對研發(fā)出具有高可靠性和耐用性的SnAgCu釬料提出新的挑戰(zhàn)，進而引發(fā)了科學家們對SnAgCu系無鉛釬料更加深入的研究，以進一步提高其可焊性和焊點可靠性。

1 潤濕鋪展性

為了獲得可靠性高的焊點，釬料與母材之間必須有良好的潤濕性。目前，測試無鉛釬料潤濕性優(yōu)劣的指標主要有潤濕角、鋪展面積、潤濕狀態(tài)、潤濕力和潤濕時間。平衡狀態(tài)時潤濕角θ由界面張力決定，二者之間的關系由楊氏方程cosθ＝（σsg－σs1）／σlg確定，其中σsg為固體表面張力，σlg為液體表面張力，σsl為液固界面張力[4］。因此，通過降低液態(tài)釬料表面張力來減小潤濕角，提高釬料的潤濕性。

添加微量Ni對Sn3.0Ag0.5Cu的潤濕性改善并不明顯，釬料熔點會略有升高，當Ni含量超過0.15%時，潤濕時間顯著增加，并且大于未添加Ni的合金，這是由于此時在釬料中形成了Sn－Cu－Ni化合物，化合物生成會使σlg增大，降低釬料的潤濕力，阻礙釬料在基底的潤濕[11，12］。在Sn3.8Ag0.7Cu中引入少量 Ni或Mn納米顆粒，釬料的熔點沒有顯著變化，但隨著Ni或Mn含量的增加，釬料的潤濕角升高，鋪展面積下降，這可能是由于納米顆粒的加入增大了釬料黏度，阻礙了釬料在Cu表面的潤濕鋪展[13，14］。加In會顯著降低SnAgCu合金的熔點，潤濕角減小，改善釬料的潤濕性。有研究者指出Sn4.1Ag0.5Cu4In的潤濕時間和潤濕力與傳統(tǒng)SnPb釬料接近[15］，但In價格昂貴，不適合大規(guī)模使用。在Sn3.6Ag0.9Cu中添加0.2%的Fe能增大潤濕力，減小潤濕角，改善釬料的潤濕性，但Fe的加入會使釬料的熔點有所升高，隨著Fe含量的增多，釬料潤濕性逐漸下降[16］。在Sn3Ag－0.5Cu中引入增強相Fe顆粒，由于重力偏聚及界面吸附作用，當較多Fe顆粒沉積在焊點界面處時，會增大液態(tài)釬料黏度而阻礙液態(tài)釬料鋪展，降低釬料在Cu基板上的潤濕性[17］。由于加Al和Cr會在釬料表面形成致密氧化膜，增大液態(tài)釬料表面張力，從而不利于釬料的鋪展[18］。在SnAgCu合金中加Bi可降低釬料的熔點和表面張力，提高釬料的潤濕性。但需控制Bi的添加量，過多的Bi會偏聚在釬料／基體界面，降低釬料的塑性，造成焊點剝離缺陷[19，20］。Sb也能降低液態(tài)釬料的表面張力，使?jié)櫇窠菧p小，提高釬料的潤濕性。但加入Sb的量不宜過高，當Sb的添加量超過1%時，釬料的熔點會明顯升高[21］。SnAgCu中摻雜微量Ge能顯著減少熔融釬料表面的氧化物，從而降低液態(tài)釬料的表面張力，潤濕角減小，釬料的潤濕性得到改善，并且對釬料的熔化溫度影響不大[22］。Ga對SnAgCu釬料潤濕性的改善與Ge的作用相似，同時Ga還能降低釬料的熔點[23］。在SnAgCu中添加微量的P能明顯改善釬料的潤濕性，這是由于P在釬焊過程中能還原液態(tài)釬料表面的氧化物，減少釬料、銅試件與氧氣的接觸，降低試件與液態(tài)釬料之間的表面張力，從而改善釬料的潤濕性[12］。但隨著P含量的增多，釬料的熔化溫度顯著升高。由于Zn容易氧化，使釬焊過程中粒子不能完全熔合在一起，因而在SnAgCu中添加Zn會明顯降低釬料的潤濕性[7，24］。Lu S.等[25］研究Mg對SnAgCu釬料的影響，發(fā)現(xiàn)盡管加入Mg后SnAgCu釬料的熔化溫度降低了，但Mg會急劇惡化釬料的潤濕性，這是由于Mg易氧化，氧化膜的產生會增加液態(tài)釬料的表面張力，阻止釬料在Cu表面潤濕鋪展。

稀土（Rare Earth，RE）是表面活性元素，添加適量的稀土Ce，Er，Pr，Y，La等元素均能降低熔融釬料的表面張力，提高釬料的潤濕性，如表1所示。但Dong W.X.等[12］將0.05%Ce直接添加到Sn3.0－Ag0.5Cu中，發(fā)現(xiàn)Ce會惡化釬料的潤濕性，這可能是由于Ce化學性質活潑，以單質形式添加易被氧化，在釬焊過程中容易產生氧化渣，降低釬料在基底表面的潤濕鋪展能力，因此，RE最好以中間合金形式加入，并在冶煉過程中加以保護。加入過量的RE會在釬焊過程中產生氧化殘渣，導致熔融釬料的表面張力和黏度增大，釬料的潤濕流動性變差，當Sn3.8Ag0.7Cu中分別加入2%的Ce和La時，釬料內部會形成尺寸較大的稀土相CeSn3和LaSn3。暴露于空氣中的CeSn3和LaSn3將發(fā)生氧化，在其表面會出現(xiàn)錫晶須的快速生長現(xiàn)象，降低釬料的潤濕性[31］。

表1 RE對SnAgCu無鉛釬料潤濕性的影響Table 1 The effects of RE elements on the wettability of SnAgCu lead－free solder

2 抗氧化性

釬焊過程中，大量氧化渣的生成不僅造成原料的浪費，增加無鉛釬料的成本，而且熔融釬料表面的氧化物浮渣還會影響合金的流動性能和潤濕性能，降低釬料的可焊性。釬料合金的氧化擴大會導致壓應力產生，加速錫晶須生長；而且氧化物在焊接后往往會形成夾渣，降低接頭的力學性能，危害焊點的可靠性[12，31］，通過微合金化的方式可改善SnAgCu釬料的抗氧化性能。根據 ΔG0－T 圖可知[32］，同一溫度下 ΔG0的負值越大，表明該金屬越活潑，容易優(yōu)先發(fā)生氧化，生成的氧化物越穩(wěn)定。因此，Sn基釬料中加入少量具有親氧集膚效應的元素，如P，Ga，In，Ge，Al等均能提高釬料的抗氧化性，表2列出一些常見合金元素對SnAgCu釬料的抗氧化影響。所謂親氧集膚效應就是添加的元素與合金基體交互作用使其偏析和富集在液態(tài)合金的表面，形成一層富集的表面吸附層，在高溫條件下，它優(yōu)先與大氣中的氧反應，在釬料表面形成致密氧化膜阻擋層，阻止氧向液態(tài)釬料內部擴散，防止釬料被進一步氧化。而抗氧化元素在表層的高度富集必然會造成大量空位，并使電導率降低，導致釬料的氧化速率降低，從而提高釬料的抗氧化性。盡管有學者指出加入RE（尤其是Ce）能提高釬料的抗氧化性，但由于RE本身易氧化，控制不好會起相反作用[12，36］，因此，目前很少采用 RE來提高SnAgCu釬料的抗氧化性。

表2 合金元素對SnAgCu無鉛釬料抗氧化性的影響Table 2 The effects of alloying elements on the anti－oxidization of SnAgCu lead－free solder

3 微觀組織結構

釬焊過程中，釬料與母材界面處形成較薄的IMC層有利于獲得質量可靠的焊點，但若生成過多的IMC既能增加孔洞形成幾率，又由于IMC的脆性大，IMC層過厚或分布不均，在服役過程中導致應力集中，嚴重惡化接頭的力學性能，降低焊點的疲勞壽命和可靠性[4，37］。

采用SnAgCu釬料釬焊銅時，Cu6Sn5相因具有最負的Gibbs自由能而容易先析出，在釬料／銅基體界面會形成實心和中空的六方棱柱狀Cu6Sn5，增加了界面IMC層的厚度[38］。La的加入會取代六方棱柱狀的Cu6Sn5相，所以能減少IMC的平均厚度，從而提高釬料的顯微硬度及焊接接頭的抗剪強度。添加0.1%La可顯著細化Sn3.0Ag0.5Cu釬料內部組織，La含量達到0.4%時則會析出粗大的LaSn3相[30］。在SnAgCu中添加適量的稀土Ce[12，26］，Er[27］，Pr[28］，Y[29］，La[30，38］，Nd[39］均能細化釬料內部及界面層IMC 組織，減小SnAgCu／Cu界面層的厚度，從而提高釬縫的力學性能。這主要是由于RE具有親Sn性，易與Sn反應，減少Cu與Sn的反應機會，從而抑制了Cu6Sn5生長。但添加要適量，過多RE的加入會在界面附近出現(xiàn)樹干狀稀土相，在表面出現(xiàn)Sn晶須的快速生長現(xiàn)象，增加界面層的厚度[31］。

在Sn3.0Ag0.5Cu中添加Co能降低釬料在凝固過程中的過冷度，抑制釬料中粗大組織的形成，并生成硬度和彈性模量均較高的CoSn2化合物，提高釬料的硬度和彈性模量[40］。在Sn3.0Ag0.5Cu中摻雜少量Ni元素能顯著影響組織轉變和界面反應，界面IMC由扇貝狀 Cu6Sn5轉變成（Cu，Ni）6Sn5。Ni能抑制Cu3Sn的形成和生長，但也會析出更多的棒狀（Cu，Ni）6Sn5相，所以Ni的加入會增加SnAgCu／Cu界面層厚度，但在老化過程中Ni對IMC的增長有抑制作用[12］。加Ni對過冷影響較小，不能有效地細化β－Sn枝晶，Co和Ni同時加入雖細化了β－Sn枝晶，但對抗拉強度影響很小，且釬料的韌性明顯變差[40］。在Sn3.8Ag0.7Cu中引入 Co[41］，Ni[13］，Mo[42］納米顆粒，Co和Ni雖能抑制Cu3Sn生長，卻加速了Cu6Sn5生長，并且Co和Ni會在Cu6Sn5中溶解，改變IMC成分。因此，均不能抑制時效過程中IMC層厚度增加，但能有效地降低界面IMC層的生長速率，所以提高了接頭顯微組織的穩(wěn)定性。而Mo易于偏聚在釬料／Cu6Sn5界面，能減小扇貝狀Cu6Sn5的厚度和直徑，且未出現(xiàn)Mo的溶解或與釬料反應。加入一定量的Bi能細化SnAgCu釬料組織，但隨著Bi含量增加，釬料的脆性增大，降低釬料的力學性能[20］。加Fe會增加Cu6Sn5的厚度，卻能顯著抑制時效過程中Cu3Sn層的生長及Ag3Sn粒子的粗化，顯示出穩(wěn)定的力學性能[43］。對于Cu基體，低的Fe含量更有利于獲得理想的IMC厚度，盡管如此，添加0.2%的Fe僅能輕微地降低界面IMC層的厚度，但對Ni－P基體，隨著Fe含量的增加，IMC 的 厚 度連續(xù) 降 低[16］。Cr能 促進Ag3Sn形核，使其形成更細小的Ag3Sn粒子，Cr在釬料中彌散分布會釘扎晶界，阻礙IMC的生長，較薄的IMC層有利于提高熱時效過程中抗拉強度和伸長率[44］。添加0.1%的Al能顯著減少過冷，抑制片狀Ag3Sn的形成[45］。加Al后SnAgCu／Cu界面IMC的生長率減小，這是由于釬料內部和界面處形成了含Al的IMC組織，阻礙了Sn的擴散，同時也降低了Sn的活度[46］。在Sn3.5Ag0.5Cu中添加少量 Ti能顯著減小β－Sn過冷度，釬料中粗大的β－Sn晶粒變得細化均勻，并有新的IMC組織Ti2Sn3形成[5］。少量 Mn添加到SnAgCu中也有與Ti類似的作用，但Mn／Ti的添加量超過1.0%時，共晶組織中會有粗大的MnSn2和Ti2Sn3相出現(xiàn)，降低其伸長率[47］。在SnAgCu中添加少量Zn能顯著減小β－Sn過冷度，抑制粗大的Ag3Sn化合物形成，減緩IMC的生長速率，使界面IMC層厚度變薄，還能有效阻止柯肯達爾孔洞形成及表面錫晶須的生長[7，48］。Sb可顯著減小SnAgCu釬料的過冷度，抑制粗大的β－Sn枝晶和針狀Ag3Sn的形成，釬料內部組織變得細化均勻。釬料的熔點升高不超過1.5℃[21］。在Sn3.5Ag0.7Cu中添加Sb能阻礙界面IMC生長，Sb的最佳加入量為1.0%。由于Sb與Sn高的親和力，易形成SnSb化合物而降低Sn的活度，導致形成Cu－Sn化合物的驅動力降低，減小了IMC的生長速率[49］。Mg元素的加入使SnAgCu合金的顯微組織發(fā)生了明顯變化。隨著Mg含量的增加，釬料中樹枝狀的β－Sn初晶逐漸消失，共晶組織變得粗大且取向性不再明顯，逐漸變得雜亂[25］。在Sn2.5Ag0.7Cu中添加Ge元素，使釬焊界面IMC層的厚度增加，但Ge的加入抑制了老化過程中界面IMC的長大[50］。Chuang C.M.等[51］認為 Ge未參與界面反應，因此，與未摻雜Ge的SnAgCu釬料相比，界面處Cu6Sn5形貌沒有顯著變化。在SnAgCu中添加TiO2，SiC，Al2O3納米顆粒均能細化β－Sn初晶，還能有效抑制焊點界面處化合物生長[52－54］。

4 焊點可靠性

焊點在電子組裝中起電連接和機械連接作用，由于電子產品在服役期間承受交變溫度場的作用，在焊點中會產生熱應力而易發(fā)生疲勞破壞，這要求焊點必須具備較高的力學性能和服役可靠性，防止焊點因發(fā)生疲勞破壞而使電子產品提前失效。通常，焊點可靠性主要取決于熔融釬料／基體間的潤濕性，焊點／元件間的CTE，以及焊點的屈服強度、抗剪強度、彈性模量、蠕變－疲勞性能[1，37］。此外，焊點內部的孔洞，錫晶須生長，過厚的IMC層，晶粒度大小以及氧化物夾渣均會嚴重影響焊點可靠性。目前，焊點力學性能優(yōu)劣評價通常用抗拉強度、抗剪強度和壓縮性能等靜態(tài)方面，而焊點可靠性評估主要集中在熱循環(huán)、時效、沖擊等動態(tài)方面。

在Sn3.6Ag0.9Cu中加入少量Fe／In能提高接頭的抗剪強度。當加入1.0%Fe時，焊點抗剪強度和顯微硬度均顯著提高[16］。D.A.Shnawah等[43］研究發(fā)現(xiàn)，在Sn1Ag0.5Cu中添加Fe會形成大環(huán)狀FeSn2相以及粗大的β－Sn初晶，F(xiàn)eSn2與β－Sn基體之間界面結合力較弱，導致釬料的屈服強度顯著減小。降低Ag含量有利于提高焊點的抗跌落性能，在低Ag釬料Sn1.2Ag0.7Cu中添加In，對提高SnAgCu焊點的沖擊／振動可靠性效果不明顯，再添加0.03%Pd則焊點的沖擊／振動可靠性顯著升高，此時已是Sn3.0Ag0.5Cu焊點的3倍[55］。在SnAgCu中加入Mn或Ti能減小彈性模量，顯著提高焊點的沖擊可靠性，Ti的作用更明顯，同時焊點的抗蠕變性能沒有變差[8，47］。在Sn3.0Ag0.5Cu中加入少量Co對極限抗拉強度未有顯著影響，卻使釬料的韌性變差，而I.E.Anderson等[56］指出在Sn3.7Ag0.9Cu中將Co部分取代Cu能提高焊點的抗剪強度。微量的Ni能提高SnAgCu合金的抗拉強度及斷后伸長率，當加入0.05%Ni時，抗拉強度最高，加入0.1%的Ni，斷后伸長率和焊點抗剪強度分別升高了30%和18%[11］。Ni的加入還能抑制高溫時效后焊點抗剪強度的下降[12］，這是由于Ni阻礙了時效過程中IMC生長。在相同蠕變條件下，SnAgCuBi焊點顯示出較低的蠕變速率和更長的蠕變壽命，其抗蠕變性能優(yōu)于Sn60Pb40焊點[57］，由于Bi的析出，在Sn3.0Ag0.5Cu中添加Bi也能改善釬料的抗蠕變性能[20］。加Bi雖能增大釬料的硬度，但過多的Bi會導致釬料的凝固溫度區(qū)間增大，焊點脆性變大，塑性降低，釬料的抗剪強度和可焊性下降，造成焊點剝離缺陷[19］。在SnAgCu中添加Ga會導致焊點的抗剪強度和硬度下降，由于Ga的原子半徑較大，它的加入會導致晶格點陣錯配，產生位錯和空洞等缺陷，從而降低了抗剪強度[23］。在SnAgCu中摻雜Sb能夠有效地抑制IMC的生長，改善其力學性能，提高接頭的高溫可靠性[49］。Sb可顯著改善Sn1.0Ag0.5Cu釬料的抗蠕變性能，加入0.5%Sb能使Sn1.0Ag0.5Cu合金的蠕變壽命提高近3倍[21］。M.Amagai等[58］研究表明，SnAgCuP合金在動態(tài)載荷下顯示出高的可靠性，如沖擊實驗。但經過熱時效后，由于柯肯達爾孔洞的大量生成，嚴重降低了合金的抗沖擊性能。加入P含量較高時會產生脆性化合物Cu3P，增加焊點表面的結晶裂紋，造成焊點力學性能的下降[12］，所以P的加入量不應過高。在SnAgCu中加入Ge對界面反應沒有影響，卻有助于提高焊點的抗剪強度，這是由于Ge元素易聚集在釬料球表面形成氧化物薄膜，阻止O2與釬料反應形成SnOx，改善釬料／基體間的潤濕性，提高了焊點的力學性能[22，59］。由于Cr能減緩時效過程中IMC的生長，在150℃時效后，含Cr焊點的抗拉強度和伸長率優(yōu)于無Cr焊點[44］。由于彌散強化和固溶強化的作用，在SnAgCu中添加少量的Zn將增大屈服應力和熱穩(wěn)定性，添加0.4%的Zn就能顯著改善抗蠕變性，阻止焊點經時效處理后屈服應力的下降[48］。但在潮濕環(huán)境下，Zn能加速SnAgCu的腐蝕，不利于焊點在特殊環(huán)境下服役[35］。通常隨著IMC層的厚度增加，焊點的力學性能下降，在SnAgCu中摻雜B不僅增大了界面IMC層的厚度，焊點抗拉強度也明顯升高。這是由于B降低了釬料內部的孔洞密度，高的孔洞密度會影響焊點力學性能，因為隨著時效或熱循環(huán)時間的延長，那些最初隨機分布的小孔洞將會聯(lián)結到一起形成裂紋，最終導致焊點斷裂失效。但IMC層中的B是否有晶界強化作用目前尚不清楚，還需進行深入的研究[9］。

添加少量的RE元素能明顯提高Sn3.8Ag0.7Cu焊點的蠕變－疲勞斷裂壽命，這是由于RE細化了IMC組織，析出的RE相作為釬料基體中的強化相，在恒定應力下，降低了Sn3.8Ag0.7Cu釬焊接頭的應變幅值，提高了接頭抗蠕變性能，使得在斷裂過程中蠕變－疲勞損害減弱并且焊點裂紋擴展率降低，從而提高焊點的可靠性[60］。M.A.Dudek[61］認為室溫下（25℃）含RE合金的抗蠕變性會顯著提高，但在高溫條件下，添加RE并不能改善釬料的抗蠕變性，這歸因于SnAgCuRE釬料的蠕變行為主要受Ag3Sn顆?？刂?。Ce對Sn3.8Ag0.7Cu焊點的抗拉強度和伸長率有明顯的促進作用，Ce的最佳添加量為0.03%[62］，而且Ce能明顯改善焊點經時效后的抗剪強度[12］。添加0.1%La可使Sn3.0Ag0.5Cu的抗拉強度和伸長率分別提高了19%和11%，屈服強度也會顯著升高，當La含量達到0.4%時會析出粗大的LaSn3樹枝晶而降低其力學性能。這是由于形成的粗大LaSn3相和β－Sn基體不共格，兩者界面結合力較弱，經受變形時LaSn3不能和基體有效地協(xié)調運動，導致裂紋在LaSn3和基體的界面處提前形成，隨即失效[30］。Pr／Nd在改善釬料力學性能方面和Ce，La等相似，主要是由于RE對SnAgCu釬料組織的細化作用，提高了釬料的抗拉強度和伸長率。Pr／Nd最佳添加量為0.05%，超過0.25%時會形成Sn－RE相，暴露于空氣中的RESn3易發(fā)生氧化，在其表面會出現(xiàn)錫晶須的快速生長現(xiàn)象，惡化焊點的性能[31，39］。Er能顯著提高Sn3.8Ag0.7Cu釬料的抗剪強度和蠕變斷裂壽命，添加0.1%的Er能使釬料的抗剪強度提高近18%。當添加量超過0.5%時，隨著RE含量增加，釬料的抗剪強度逐漸下降，但仍比SnAgCu釬料的強度高。添加0.25%的Er可使釬料的蠕變斷裂壽命提高至7.1倍，Er的添加量超過0.25%時，蠕變壽命明顯下降，Er的最適宜添加量為0.05%～0.25%。Er對SnAgCu釬料強度的影響機制與Ce和La的作用類似[27］。在SnAgCu中添加Y能夠抑制高溫時效引起的IMC厚度增加，提高焊點的抗剪強度。加入0.20%的Y時焊點的抗剪強度達到最大值。過量的RE將使焊點中產生大量的氣孔或夾雜，會降低焊點的強度[29］。

顆粒增強是提高合金性能的重要手段之一，納米顆粒的強化機制主要為彌散強化和固溶強化兩種方式。在SnAgCu釬料中引入適量的納米顆粒，形成的納米顆粒復合釬料具有更高的抗剪強度和抗蠕變性能，所以納米顆粒能顯著提高焊點的可靠性。在Sn3.0Ag0.5Cu中引入ZrO2納米顆粒使焊點的抗剪強度顯著升高，這是由于ZrO2粒子在釬料中彌散強化，提高了焊點的強度[63］。在Sn3.5Ag0.7Cu中加入0.5%TiO2納米顆粒，可使焊點的硬度提高近16.5%，抗拉強度提高近12.5%。由于TiO2納米顆粒活性大，在表面吸附作用下會累積到Ag3Sn表面，阻礙其生長，使Ag3Sn的平均顆粒尺寸減小而得到細化，由于第二相粒子的彌散強化作用，提高了焊點力學性能和顯微硬度，但加入TiO2納米顆粒會升高釬料液相線溫度，因此，添加量不宜過多[52］。在Sn3.8Ag－0.7Cu中加入增強相SiC顆粒，復合釬料的熔點略有下降，隨著SiC含量的增加，出現(xiàn)了第二相彌散強化作用，使顯微硬度升高，加入0.05%SiC時顯微硬度達到最大值[53］。在Sn3.8Ag0.7Cu中添加 Mo納米顆粒能顯著提高焊點屈服強度，焊點斷裂模式由韌性斷裂轉變?yōu)轫g性和準解理混合斷裂[2］。

5 存在的問題及今后的研究方向

目前國內外研究中大多針對改善SnAgCu釬料某方面的性能，缺乏對其綜合性能進行系統(tǒng)研究。如P／Bi能改善SnAgCu釬料的潤濕性，但對焊點服役可靠性帶來負面影響。Zn雖能提高SnAgCu釬料的力學性能，但Zn極易氧化，并能加快SnAgCu釬料在潮濕環(huán)境中的腐蝕速率，不利于焊點在特殊環(huán)境下服役。RE能細化釬料組織，但會促進表面錫晶須的生長，對于引線節(jié)距越來越小的高密度組裝來說，錫晶須生長會引起電子器件相鄰引腳的短路，導致電子器件提前失效而報廢，因而限制了RE的添加量。添加少量納米顆粒可顯著提高釬料性能，但納米顆粒在釬料基體中易團聚，在回流焊中易出現(xiàn)重熔，在服役過程中會產生溶解、互擴散或粗化，導致增強相變粗大或完全消失，進而影響焊點整體的可靠性，這些問題都會嚴重降低增強相的強化效果。因此，引入納米顆粒必須保證增強相在釬料基體中有穩(wěn)定的尺寸和均勻分布。可從以下方面對SnAgCu系無鉛釬料的綜合性能進行深入系統(tǒng)的研究：（1）從多元化角度設計合金成分，在降低釬料成本的同時，提高釬料的可焊性和焊點可靠性。（2）釬焊過程中加助焊劑能改善潤濕，提高釬料的抗氧化性和釬焊性，但助焊劑揮發(fā)易使焊點形成宏觀孔洞缺陷，因而，需采用優(yōu)化釬劑與釬料合金化相結合的方式，來改善SnAgCu釬料的工藝性能，避免氧化夾渣及孔洞等缺陷危害焊點的可靠性。（3）從焊點形成機理的角度，深入分析組織結構演變和界面行為，減小SnAgCu釬料在凝固過程中過冷度，細化IMC晶粒；控制界面IMC層的厚度，抑制脆性IMC的形成和生長，減少孔洞的形成，提高焊點服役可靠性。（4）提高電子產品的實際應用價值，降低SnAgCu合金的熱膨脹系數，提高焊點在交變載荷作用下的抗蠕變－疲勞壽命，改善SnAgCu焊點抗沖擊／振動性能，滿足電子產品在特殊條件下的使用要求，研發(fā)出高可靠性和持久耐用的SnAgCu釬料。

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