钎料熔滴焊盘瞬间接触液固反应及界面

《钎料熔滴焊盘瞬间接触液固反应及界面》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、国内图书分类号:TG409国际图书分类号:621.791工学博士学位论文钎料熔滴/焊盘瞬间接触液固反应及界面组织演变博士研究生：李福泉导师：王春青教授申请学位：工学博士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2006年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG409U.D.C.:621.791DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringTRANSIENTCONTACTLIQUID-SOLIDREACTIONOF

2、SOLDERDROPLET/PADANDINTERFACIALMICROSTRUCTUREEVOLUTIONCandidate：LiFuquanSupervisor：Prof.WangChunqingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：MaterialProcessingEngineeringAffiliation:DepartmentofMaterialSci.&Eng.DateofDefence：April,2006Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要凸点制作是高密度电子封装的关键环节，凸点质量直接影响到封装的可靠性。钎料熔滴凸点制作(MoltenSolderDropletBumping，简称MSDB)适应于高密度封装要求，有明显的优点。MSDB方法是通过钎料熔滴携带热量加热焊盘并形成冶金连接。针对MSDB的工艺研究发现，钎料熔滴初始温度是形成可靠凸点的主要影响因素。获得可靠的MSDB凸点要求钎料熔滴初始温度必须高于一定的最低温度。例如对0.

4、76mmSnPb钎料熔滴在Au/Ni/Cu焊盘上制作MSDB凸点，熔滴初始温度低于300℃时，钎料与焊盘的接合强度很低甚至没有连接。通过有限元计算得到MSDB瞬间接触液固反应时间约为30ms。与红外或热风重熔相比，MSDB的液固反应时间很短，与激光重熔更为类似。但激光重熔有典型的钎料加热过程，而MSDB是单纯的钎料温度下降过程，液态钎料未达到温度平衡即完成凝固。基于MSDB方法，本文分别在Au/Ni/Cu焊盘上制作了SnPb及SnAgCu钎料凸点，在Cu焊盘上制作了SnPb钎料凸点。研究了MSDB过程中

5、钎料熔滴与焊盘界面的瞬间接触液固反应。并对MSDB凸点/焊盘在随后的再次重熔液固反应及老化固态反应条件下界面组织演化进行了系统研究。采用SnPb共晶钎料与Au/Ni/Cu焊盘研究了钎料熔滴初始温度对熔滴与焊盘瞬间接触液固反应的影响。随着熔滴初始温度的提高，钎料熔滴与焊盘反应形成的Au-Sn化合物形态及分布不同。研究表明，同样熔滴初始温度参数下，预热焊盘较未预热焊盘的界面反应更为强烈。对MSDB与红外重熔、激光重熔制作凸点所形成凸点/焊盘界面组织进行了比较研究。建立了钎料熔滴/焊盘三维有限元传热模型。推算

6、了Au在熔融SnPb钎料中溶解速度随钎料温度升高的变化。进行了SnPb钎料熔滴与Au/Ni/Cu焊盘反应动力学研究，建立了Au焊盘在钎料熔滴中溶解过程控制方程。钎料熔滴与焊盘瞬间接触液固反应过程中，Au向钎料中迅速溶解。在凝固过程能够达到饱和溶解极限而析出Au-Sn化合物。同样工艺规范下，与SnPb钎料相比，SnAgCu钎料熔滴与An/Ni/Cu焊盘界面反应更为迅速。对SnPb钎料熔滴在Cu焊盘上形成MSDB凸点，其凸点/焊盘界面化合物为Cu6Sn5。Au/Ni/Cu焊盘上的MSDB凸点经过红外再重熔后

7、界面处的AuSn4消失，Au层全部溶进钎料内部。SnPb钎料与Ni层反应形成Ni3Sn4界面化合物，进入钎料基体内部的AuSn4按分解-扩散-析出机制向远离界面的钎料内-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文部分布。SnAgCu钎料与Ni层反应形成(Cu,Ni)6Sn5化合物。钎料内部Cu元素向AuSn4化合物偏聚，进入AuSn4晶格位置形成(Au,Cu)Sn4化合物。对再重熔过程凸点/焊盘界面金属间化合物的生长动力学进行了分析，再重熔过程中界面化合物生长的控制机制并非唯一。Au/Ni/Cu焊盘上的SnPb

8、钎料MSDB凸点直接老化的界面组织演变是基于瞬间接触液固反应形成的Au-Sn化合物。与Au焊盘的量相比，钎料中Sn的量更为富足，长时间老化Au-Sn化合物有全部转化为AuSn4的趋势。Cu焊盘上的SnPb钎料MSDB凸点经长时间老化，在Cu与Cu6Sn5间会形成Cu3Sn。Au/Ni/Cu焊盘上的SnAgCu钎料MSDB凸点直接长时间老化，Au层全部转化为Au-Cu-Sn化合物，并且Au-Cu-Sn化合物会从Ni层上脱落进入钎料中，导致凸点