電子封裝焊料潤(rùn)濕性的研究.pdf

1、含鉛焊料帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題使得電子封裝企業(yè)正努力尋求無(wú)鉛焊料，但無(wú)鉛焊料在潤(rùn)濕性上表現(xiàn)不足，造成封裝企業(yè)在新產(chǎn)品上遲遲不愿意采用無(wú)鉛焊料。同時(shí)隨著封裝密度越來(lái)越高，元件尺寸越來(lái)越小，引腳間距越來(lái)越窄，焊料潤(rùn)濕問(wèn)題日漸成為回流焊和波峰焊等群焊工藝的一道難以逾越的高峰，因此開展焊料潤(rùn)濕可靠性和結(jié)構(gòu)性能的研究非常必要。在本項(xiàng)目研究中，建立回流曲線量化評(píng)價(jià)參數(shù)——預(yù)熱、加熱、冷卻因子，考察了它們對(duì)焊點(diǎn)可靠性的影響，總結(jié)出優(yōu)化的回流曲線； 結(jié)

2、合金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡和電子能譜等分析方法，對(duì)焊膏與基板潤(rùn)濕行為中的界面反應(yīng)及其影響因素、作用機(jī)理進(jìn)行了深入的研究；采用光杠桿法和動(dòng)態(tài)干涉法第一次測(cè)量到回流焊中焊點(diǎn)界面處應(yīng)力變化，研究了焊料整個(gè)回流潤(rùn)濕過(guò)程中應(yīng)力的變化。本試驗(yàn)有希望為封裝工業(yè)的潤(rùn)濕領(lǐng)域提供設(shè)計(jì)、工藝、材料等方面的技術(shù)支持和指導(dǎo)。 本文首先介紹了電子封裝材料潤(rùn)濕問(wèn)題的研究進(jìn)展、研究方法和基本理論，然后在此基礎(chǔ)上指出了本文的研究目的、研究意義、研究方案和擬解決

3、的關(guān)鍵問(wèn)題。 接著提出改進(jìn)的測(cè)量焊料潤(rùn)濕方法，用于分析焊點(diǎn)不良的原因并提供解決方案，實(shí)時(shí)測(cè)量焊球和基板接觸角變化，分析得到不同焊膏在本實(shí)驗(yàn)條件下的活性范圍，總結(jié)出動(dòng)態(tài)延展實(shí)驗(yàn)方法是通過(guò)溶劑的溢出和揮發(fā)、焊膏和焊料球的收縮、焊料球的穩(wěn)定、氣泡的生存期這幾個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕過(guò)程的。在回流曲線的優(yōu)化研究中，引入了三種不同回流因子，即加熱因子、預(yù)熱因子、冷卻因子，分別討論分析了它們對(duì)焊點(diǎn)界面處金屬間化合物的影響，試驗(yàn)表明界面處金屬間化

4、合物的平均厚度隨著加熱因子的增加而增加，當(dāng)加熱因子不超過(guò)800-1000sec?°C，此時(shí)合適的金屬間化合物厚度會(huì)降低焊接凸點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)。過(guò)高的預(yù)熱因子，會(huì)使焊點(diǎn)表面出現(xiàn)了明顯焦化現(xiàn)象。冷卻速度慢，使得試樣冷卻因子較大，焊點(diǎn)內(nèi)部晶粒的大小和冷卻因子呈正比關(guān)系，得到類似退火試驗(yàn)的結(jié)果。 針對(duì)不同回流因子，分析了其剪切試驗(yàn)中剪切斷面的形貌和成分，表明大部分條件下，斷裂一般會(huì)發(fā)生在焊料內(nèi)部區(qū)域，然而在焊料界面結(jié)合較弱時(shí)，斷裂通常會(huì)發(fā)生

5、在IMC 和基板界面處。總結(jié)提出了三種回流因子的合理取值范圍，得到了回流爐中63Sn37Pb 和Sn3.5Ag0.5Cu 的最佳回流曲線，為工業(yè)上探索新的回流曲線提供了實(shí)驗(yàn)方法。運(yùn)用基片彎曲法，研究了Ag/Ni多層膜隨溫度變化的界面應(yīng)力曲線，在450°C 時(shí)達(dá)到蠕變平衡，計(jì)算出此溫度下Ag(111)/Ni(111)多層膜的界面能γint 為0.63J/m2。改進(jìn)了光杠桿法測(cè)量應(yīng)力設(shè)備，用于反應(yīng)潤(rùn)濕的應(yīng)力測(cè)量。對(duì)63Sn37Pb 和Sn3

6、.5Ag0.5Cu 焊料在Cu 膜硅片上的回流試驗(yàn)，采用不同溫度下分別保溫90 分鐘和200 分鐘，延長(zhǎng)了焊料的反應(yīng)潤(rùn)濕時(shí)間，運(yùn)用金屬間化合物的生長(zhǎng)模型進(jìn)行分析，認(rèn)為Cu、Ni 的溶解和擴(kuò)散在反應(yīng)潤(rùn)濕過(guò)程中促進(jìn)了金屬間化合物的生長(zhǎng)，提出了IMC 生長(zhǎng)帶來(lái)的組織應(yīng)力影響回流中界面應(yīng)力的變化。最后利用頻閃照明、顯微干涉和計(jì)算機(jī)微視覺等非接觸式技術(shù)，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)要求，改建了微機(jī)電三維靜動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)。對(duì)于離面運(yùn)動(dòng)測(cè)量，采用Hariharan 5