低温焊料实现全固相微凸点连接：微观结构与力学性能研究

本文系统研究了Cu/Sn-58Bi/Cu微凸点在四种回流工艺下的微观结构演变与力学性能。通过形成无Bi偏析的全固相结构（无Sn/Bi界面），显著提高了连接可靠性。研究证实260°C回流可完全消耗Sn形成Cu6Sn5与Bi块体的优化结构，其剪切强度表现最优，为有机中介层(interposer)的热机械问题提供有效解决方案。

　　

Highlight

实验方法

本研究采用Cu/Sn-58Bi/Cu三明治结构进行实验。铜基板尺寸为上板2×2×0.3(mm³)和下板2×10×1(mm³)。所有基板均经过抛光并浸泡在2M盐酸溶液中以去除氧化层和污染物。随后将Sn-58Bi焊球置于两基板之间形成三明治结构。涂抹水溶性助焊剂以去除回流过程中形成的氧化物并改善润湿性。

Cu/Sn-58Bi/Cu接头的微观结构

图2展示了在(a)170°C-60s、(b)170°C-300s、(c)260°C-60s和(d)260°C-300s条件下回流的Cu/Sn-58Bi/Cu接头的SEM图像。通过FE-EPMA（场发射电子探针微区分析仪）对图2中标注的所有相进行鉴定，其成分列于表1。可以发现170°C-60s和170°C-300s的微观结构相似。两种接头中均存在三种相：Sn、Bi和Cu₆Sn₅。残留的Sn表明Cu-Sn反应尚未完全消耗共晶Sn-58Bi中的Sn。

结论

本研究系统研究了在170°C-60s、170°C-300s、260°C-60s和260°C-300s四种回流条件下制备的Cu/Sn-58Bi/Cu微凸点的微观结构演变和力学性能。结果表明，在170°C回流的接头含有残留的Sn和连续的Bi层，导致Sn/Bi界面脆弱并降低了可靠性。将回流温度提高至260°C使得Sn被完全消耗，并形成全固相接头。