【摘 要】
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随着3D封装技术及功能器件封装产业的发展,In-Sn基钎料具有广泛的应用前景。但是该类钎料耐电性较差,在长期的应用中,存在爬铟的现象。为了提高钎料的综合性能,通常采用合金化方法,对材料的性能进行改良。本文针对Sn-In-Zn-Bi四元合金进行研究,分析了材料的组织结构、电迁移机理以及焊接机理,并对材料的耐电特性进行了评价。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）对试样的组
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随着3D封装技术及功能器件封装产业的发展,In-Sn基钎料具有广泛的应用前景。但是该类钎料耐电性较差,在长期的应用中,存在爬铟的现象。为了提高钎料的综合性能,通常采用合金化方法,对材料的性能进行改良。本文针对Sn-In-Zn-Bi四元合金进行研究,分析了材料的组织结构、电迁移机理以及焊接机理,并对材料的耐电特性进行了评价。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）对试样的组织结构以及焊接特性进行了分析,结果表明:Sn-In-Zn-Bi钎料主要由基体相β（Sn）和沉淀相γ（InSn4）组成,而Bi和Zn元素则固溶于基体之中;在Sn-In-Zn-Bi/Cu反应偶中,IMC层成分为Cu（SnZn）。随着Bi含量的增加,IMC层变薄,形状逐渐趋于平整,在钎料的一侧,凸起和游离态的界面反应物变少,这表明Cu向钎料的扩散受到抑制。采用HV-1000A型显微硬度仪和差示扫描量热分析仪（DSC）对材料的力学性能和热物理特性进行了分析,结果表明:Bi固溶于基体之中引起的固溶强化,导致钎料的显微硬度随着Bi含量的增加逐渐增高;Bi的加入降低了钎料的固相线温度,而对于液相线温度不产生明显影响,使得材料的融程扩大。对材料的耐电性进行了系统分析,分析表明钎料在72 h的电迁移后;阳极一侧γ（InSn4）相含量降低,阴极一侧γ（InSn4）相含量升高。并且随着电流密度的增大,相分离有加剧的趋势。由于成分偏析和位错的存在,导致钎料阴阳两极存在不同程度的晶格畸变和晶粒细化,在阳极一侧最为明显。钎料阴阳两侧的显微硬度也发生变化,阳极一侧的显微硬度增大,阴极一侧的显微硬度减小,同时钎料阴极一侧还出现聚集孔洞和晶间开裂,而阳极一侧在沉淀相周围出现弥散的纳米级微孔。最后,分析XRD数据,依据在不同电流密度下的钎料相分离的程度,测算出不同电流密度下的钎料的相分离速率,由此拟合出电流密度阀值为9.2 A/mm2。
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