铋微合金化对Sn-0.7Cu-0.1Te焊料微观结构、界面反应及力学性能的演变研究

本文系统研究了铋(Bi)微合金化对Sn-0.7Cu-0.1Te基焊料合金的微观组织、润湿性、热行为、焊后界面生长及力学性能的影响。研究发现，Bi的添加改变了β-Sn相形貌，显著提升了润湿性（提高48.9%），并优化了界面金属间化合物(IMC)层结构。SCT-3Bi焊料表现出优异的强塑性组合，极限抗拉强度(UTS)提升102%至71.98 MPa，伸长率达20.26%，为电子封装互连可靠性提供了新材料解决方案。

　　

Highlight

晶体结构与微观结构

通过X射线衍射(XRD)分析了Sn-0.7Cu-0.1Te-xBi焊料的基本相组成，以鉴定其主要物相。相应结果展示于图3。在所有焊料中均观察到与β-Sn相、Cu₆Sn₅相和SnTe相相关的特征衍射峰。对于含Bi焊料，还检测到微弱的Bi特征峰（图3(a)）。为了更好地说明主要相特征峰的变化，对特定区域进行了放大分析。

结论

系统研究了Bi微合金化对Sn-0.7Cu-0.1Te焊料微观结构、润湿性、焊后界面结构、热行为和力学性能的影响。主要发现总结如下：

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  (1) Bi的添加增强了β-Sn相的特征峰，表明晶粒结晶度提高，并将其形貌从椭球形转变为不规则枝晶，同时体积分数显著增加。在SCT-3Bi焊料中，Cu₆Sn₅金属间化合物(IMC)呈现出最细小的尺寸和最佳的分布均匀性。
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  (2) 随着Bi含量的增加，焊料的润湿性能得到显著改善。与基础焊料(SCT)相比，SCT-4Bi焊料的铺展面积增加了48.9%。
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  (3) 焊料/铜基板界面处的金属间化合物(IMC)层厚度随Bi含量的增加先减小后增大。在SCT-3Bi焊料中，界面层的扇贝状结构变得最为平滑。
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  (4) Bi的添加降低了焊料的熔化温度，但略微拓宽了熔化区间。
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  (5) 由于固溶强化和沉淀硬化效应的共同作用，焊料的极限抗拉强度(UTS)和屈服强度(YS)随着Bi含量的增加而提高。SCT-3Bi焊料获得了71.98 MPa的极限抗拉强度(UTS)和20.26%的伸长率，其极限抗拉强度(UTS)相比基础焊料提升了102%，展现出优异的强度与塑性组合。