倒装led芯片sn基键合焊料及工艺研究

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1、学校代码：10289分类号：TG425+.1密级：公开学号：129060008江苏科技大学硕士学位论文（全日制专业硕士）倒装LED芯片Sn基键合焊料及工艺研究研究生姓名丁海舰导师姓名王凤江副教授申请学位类别全日制专业硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业材料工程论文提交日期2015.04.30研究方向钎焊与微连接论文答辩日期2015.06.08答辩委员会主席周方明评阅人盲审盲审2015年4月30日分类号：TG425+.1密级：公开学号：129060008专业硕士学位论文倒装LED芯片Sn基键合焊料及工艺研究（全日制专业硕士）学生姓名丁海舰指导教师王凤江副教授

2、江苏科技大学二零一五年六月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheresearchonSnbasedbondingsolderandprocessforLEDflipchipCandidate:DingHaijianSupervisor:A.Prof.WangFengjiangSubject:MaterialsScienceJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2015江苏科技大学学位

3、论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学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，

4、可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要本论文采用Sn基低温焊料将倒装LED芯片与基板进行键合。以Sn-9Zn焊料为基础合金进行芯片键合，优化键合工艺参数，并向基础合金中添加不同质量分数的Bi元素，进一步降低键合温度，目的是在200~210℃左右将芯片与基板进行低温键合。对键合的失效机理及可靠性进行分析研究，辅助采用ANSYS、ImageJ等软件分析样品的键合结构及质量，得到理论结果，与实验结果进行对比分析。Sn-Zn焊

5、料键合工艺研究结果表明，剪切强度随压力的增加而提高，在压力达到一定程度时，压力对键合质量的影响不大；键合质量随着时间的增加而提高，当键合保温时间足够长时，时间对键合质量影响较小；气体介质对键合质量的影响也较为显著，在甲酸和真空条件下均能够得到较好的键合质量，其中，在真空条件下比甲酸条件下得到的键合剪切强度略好。实验最终确定键合工艺参数为：键合温度220℃，键合压力1.5MPa，保温时间20min，气体环境为甲酸。Sn-Zn-Bi焊料键合工艺研究结果表明，Bi元素的加入会降低焊料合金的熔点，但加入过量Bi会导致焊料合金脆化，从而影响样品的键合质量。在键合温度

6、为210℃时，焊料合金成分为Sn-9Zn-4Bi得到最优剪切强度；将键合温度减低至200℃时，不论Bi元素的质量分数是多少，均无法得到有效地键合样品。实验证明添加纳米银可以降低Sn-Cu焊料合金的键合温度，在200℃可以得到剪切强度较好的样品。Sn-Zn焊料和Sn-Zn-Bi焊料键合样品X射线检测结果表明，键合区域形貌均匀，无明显的空洞、裂纹等缺陷。键合后的样品均呈三明治夹层结构，中间为Cu3Sn，上下两层均为Cu，样品的剪切断裂发生在中间层，断裂发生时，焊料合金发生了一定的塑性变形。关键词：LED芯片；键合；Sn-Zn；Sn-Zn-BiIAbstract

7、AbstractInthisthesis,usesSnbasedlowtemperaturesoldertoachievebondingoftheLEDflipchipandthesiliconsubstrate.OnthebasisoftheSn-9Znsolderalloyaccomplishchipbondingandbondingprocessparametersoptimization,anddifferentmassfractionofBiisaddedtothebasealloy,furtherreducethebondingtemperat

8、ure,aimedatbondingchipwiththesubs