微量元素Ce对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层异常生长的影响

作者：顾鑫; 白海龙; 朱堂葵; 刘宝权; 严继康^*; 易健宏

来源：稀有金属, 2022, 46(02): 169-176.

DOI：10.13373/j.cnki.cjrm.XY19110022

• Ce
• 金属间化合物
• 计算
• 可靠性

研究了Ce元素对Sn20Bi0.7Cu1.0Ag/Cu界面层组织异常生长的抑制机制。在铜基底上制备了Sn20Bi0.7Cu1.0Ag-x Ce(x=0.01～0.20;%,质量分数)/Cu焊点。采用扫描电镜、金相显微镜观察了焊点界面的相组织结构、界面金属间化合物(IMC)层形貌,并测量了IMC层厚度。通过实验数据计算了IMC层的生长动力学参数。研究结果表明:随着IMC颗粒异常长大,周围β-Sn相开始析出Bi相,继而IMC颗粒周围Bi相富集并长大,最终IMC颗粒穿晶断裂。当Ce含量为0～0.05%时,焊点界面IMC层厚度随Ce含量增加逐渐降低,当Ce含量为0.05%～0.10%时,焊点界面IMC层厚度随Ce含量增加逐渐增加;Ce含量为0.05%时对界面IMC层生长的抑制效果最好,界面IMC层表面最平滑,界面IMC层的反应常数、扩散系数最小和临界厚度最薄,分别为1.75×10~(-11)m·s~(-1),1.52×10~(-16)m~2·s~(-1)和7.55μm。添加微量稀土元素Ce可以阻碍焊点界面IMC层的形成并抑制其异常长大,从而间接抑制焊点界面处Bi相的偏析与降低IMC层微裂纹的出现倾向,并改善焊点界面层形貌,使其表面变得更平滑。

• 单位
  云南锡业锡材有限公司; 昆明理工大学; 义乌工商职业技术学院