电子封装用ausn20共晶焊料的制备及其相关基础研究

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1、万方数据中图分类号UDC博士学位论文学校代码密级10533电子封装用AuSn20共晶焊料的制备及其相关基础研究PreparationandRelatedFundamemalResearchonAuSn20EutecticSolderforElectronicPackaging作者姓名：学科专业：韦小凤材料学学院(系、所)：材料科学与工程学院指导教师：王日初教授论文答辩日期丝!垮?_’答辩委员会主席中南大学2013年1O月学位论文原创性声明掣㈣㈣万方数据本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论

2、文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：壶!』：凰日期：丝毖年』月且日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

3、以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：圭!!：&万方数据中南大学博士学位论文摘要电子封装用AuSn20共晶焊料的制备及其相关基础研究摘要AuSn20焊料具有良好的热导率、抗疲劳和抗蠕变性能，被广泛应用于高端电子产品的封装。但是常规熔铸法制备的AuSn20共晶焊料极脆，很难加工成为电子封装所需的箔带材。本文作者采用叠层冷SL+合金化退火法制备AuSn20箔带材焊料，利用SEM(EDS)、XRD和DSC等实验手段研究叠轧和退火过程中焊料的组织演变和性能，并制定最佳轧制和退火工艺。根据AuSn20焊料的实

4、际应用情况，采用实验模拟的方法研究AuSn20焊料的焊接性能、焊点的可靠性、以及焊接界面失效的影响因素；结合理论计算和实验验证，探讨AuSn20／Ni(Cu)焊点界面金属间化合物(IMC)层的生长动力学，并在此基础上评估焊点的力学可靠性。本文的主要研究工作及结果如下：(1)采用叠层冷轧复合技术制备Au／Sn复合带，研究叠合层数和轧制工艺对复合带组织、成分和性能的影响。结果表明，当叠合层数为7层时，采用多道次、小道次压下量的轧制工艺可以制备出组织相对均匀、成分和熔点接近Au．Sn共晶合金的复合带。在叠层冷轧过程中，当道次压下量较大(最大道次压下率为

5、47．6％)时，Au层和Sn层发生不均匀变形，Au／Sn复合带中Au含量偏高，熔点上升。当采用小道次压下量(最大道次压下率23．8％)时，A“Sn复合带变形相对均匀。(2)探讨不同退火工艺下Au／Sn界面扩散机制，并在此基础上优化出实现Au／Sn复合带完全合金化的最佳退火工艺。在退火过程中，Au／Sn界面的AuSn、AuSn2和AuSn4复合IMC层随退火时间延长和退火温度升高而逐渐长大，Au、Sn单质逐渐减小，直至完全反应。理论计算和实验验证表明，AuSn20焊料完全合金化退火的最佳工艺为220。C退火12h。(3)采用回流焊技术制备AuSn2

6、0／Cu烈i)焊点，研究其组织和剪切强度的随钎焊和退火工艺的演变规律，证实焊点的力学可靠性及失效断裂模式与IMC层的厚度和形貌有关。在310℃下钎焊时，AuSn20／Ni焊点界面处形成(Ni，Au)3Sn2IMC层。焊点的室温剪切强度随钎焊时间延长逐渐降低。在120、160和200℃下老化退火时，界面形成(Au，Ni)Sn和(Ni，Au)3Sn2或(Au，Ni)Sn、fNi，Au)3Sn2和(Ni，Au)3Sn复合IMC层。随退火时间延长和退火温度升高IMC层的厚度逐渐长大，焊点的剪切强度逐渐减小。(4)采用扩散偶方法研究AuSn20／Ni焊接界

7、面的IMC层的生长动力II万方数据中南大学博士学位论文摘要学。实验结果证实：Ni／AuSn20／Ni焊接界面的IMC层生长均符合扩散机制，其厚度Z变化遵循公式：l=k(t／to)疗。在120、160和200℃下退火时，AuSn20／Ni界面复合IMC层的生长比例系数k分别为5．71×10。10m、3．24×10。9m和1．34×10一m，时间指数门分别为0．514、0．471和0．459。在不同退火温度中焊接界面IMC层的生长均以体积扩散为主。(5)Cu／AuSn20／Ni焊点在钎焊和退火过程中的耦合界面反应使焊点的组织和性能发生变化。在310℃

8、下钎焊时，在C以uSn20界面形成胞状‘．(Au，Cu)5Sn层，在AuSn20／Ni界面形成(Ni，Au，Cu)3Sn2四元IMC层。