配位劑對MSA 體系電鍍錫–銦合金的影響及鍍層的焊接可靠性

許永姿，楊瑤，蔡珊珊，彭巨擘，王加俊

云南錫業集團(控股)有限責任公司研發中心，云南 昆明 650000

電子信息技術的快速發展對電子設備提出了更高的要求，電子設備逐漸向密度更大、性能更好、功能性更強、可靠性更高的方向發展，這對電子封裝技術提出了新的挑戰[1]。在實際封裝過程中，焊料與焊盤間發生界面反應生成的金屬間化合物(IMC)是焊接良好的保證，但由于IMC 本身的脆性，其過厚時容易導致焊接的可靠性降低，因此焊料與焊盤的反應尤為重要[2]。錫鍍層具有優良的可焊性和耐蝕性，被廣泛應用于電子封裝領域，尤其是對耐腐蝕性能要求高的應用場景(如汽車電子)[3]。在焊接過程中銅基板會與錫鍍層反應生成Cu6Sn5，在后期服役過程中則通過固?固反應生成Cu3Sn，這些IMC 的生長過程會產生內應力，純錫鍍層在內外應力的作用下會產生晶須，導致電子設備發生短路，其可靠性降低[4]。以往一般通過在鍍層中引入少量鉛[5]來抑制錫晶須的產生，但鉛及其化合物有劇毒，影響人類的身體健康和生活環境，歐盟RoHS 指令明確禁止在電鍍錫中使用鉛[6]，因此需要尋找新的元素來替代鉛。

在Sn 鍍層中添加In、Bi、Cu、Ag 等金屬元素能有效抑制錫晶須的產生[7-8]。其中In 作為焊料合金的常見元素，不僅可以令焊料表面的氧化膜減少，增強焊料的潤濕效果[9]，還能夠參與Sn 與焊盤Cu 的反應，在焊接過程中In、Sn 與Cu 相互間反應形成Cu6(Sn,In)5相，影響IMC 的生長，從而提高界面的可靠性[10-11]。在焊料焊接過程中，焊點越小，焊盤表面鍍層的金屬元素對其影響就越大，這是因為在焊接過程中焊盤元素會熔融到焊料合金中，起到合金化作用。……