電子封裝焊料潤濕性的研究.pdf

1、含鉛焊料帶來的環(huán)境問題使得電子封裝企業(yè)正努力尋求無鉛焊料，但無鉛焊料在潤濕性上表現(xiàn)不足，造成封裝企業(yè)在新產(chǎn)品上遲遲不愿意采用無鉛焊料。同時(shí)隨著封裝密度越來越高，元件尺寸越來越小，引腳間距越來越窄，焊料潤濕問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)回流潤濕過程中應(yīng)力的變化。本試驗(yàn)有希望為封裝工業(yè)的潤濕領(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濕問題的研究進(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)鍵問題。 接著提出改進(jìn)的測(cè)量焊料潤濕方法，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)方面來評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)潤濕過程的。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?？偨Y(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，延長了焊料的反應(yīng)潤濕時(shí)間，運(yùn)用金屬間化合物的生長模型進(jìn)行分析，認(rèn)為Cu、Ni 的溶解和擴(kuò)散在反應(yīng)潤濕過程中促進(jìn)了金屬間化合物的生長，提出了IMC 生長帶來的組織應(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