半导体激光钎焊Sn-Ag-Cu焊点的力学性能和显微组织分析.pdf

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1、万方数据第29卷第2期焊接学报V01．29No．2208年2月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONFebruary208半导体激光钎焊Sn—A9一Cu焊点的力学性能和显微组织分析张昕，薛松柏，韩宗杰，韩宪鹏(南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016)摘要：选取不同激光钎焊工艺参数，利用半导体激光软钎焊系统对sIl—Ag—cu无铅钎料在铜基板上进行了钎焊试验，并研究了slI—Ag—Cu焊点显微组织中金属间化合物形成规律。结果表明，当激光钎焊时间选择为1s，激光输出功率为38．3w时，焊点力学性能最佳。随着激光工艺参数的改

2、变，焊点显微组织发生相应的变化。当使用最佳激光工艺参数钎焊时，形成的焊点晶粒细小，避免了焊点内金属问化合物cu6s啦的过度生长，此外还形成了厚度适中的金属间化合物层。对比试验结果发现，激光软钎焊方法比传统红外再流焊所形成的金属间化合物层更为平缓，能够获得力学性能更为优良的焊点。关键词：半导体激光软钎焊；无铅焊点；金属间化合物；显微组织中图分类号：TG456文献标识码：A文章编号：0253—3似(2008)02一(1022—05张H，r0青专随着微电子封装技术向着“微型化”、“无铅化”方向发展⋯1，电子制造产业面临着许多新的问题和挑战，这些新问题使用传统再流焊工艺无法从根本上

3、给予解决。作为一项新兴的钎焊技术，激光软钎焊具有局部加热、快速加热、快速冷却的特征，可以有效地防止高密度封装器件发生桥连现象，能够大幅度提高元器件焊点的综合性能，因此，在微电子工业中有着广阔的应用前景⋯2。众所周知，显微组织影响焊点的力学性能，金属间化合物则在焊点的显微组织中具有重要的作用【3J。相关文献研究表明，焊点中钎料／基板的界面处金属问化合物的形态和长大对焊点缺陷的萌生及发展、电子组装件的可靠性等有着十分重要的影响【4

4、。因此研究并控制金属间化合物的形态和生长行为对提高焊点的可靠性具有重要意义。，在实际电子元器件的钎焊中，常常以铜为基板材料。因此文中采用半导体激光软

5、钎焊系统对Sn—Ag—Cu无铅钎料在铜基板上进行钎焊试验，进而研究激光钎焊工艺参数对sn—Ag—Cu无铅焊点显微组织的影响规律，对无铅钎料激光软钎焊技术的收稿日期：2007一∞一09基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX07B一087z)；江苏省“六大人才高峰”资助项目(06一E一020)“实用化”，具有重要的意义。1试验方法采用LY—FCDL—WS90型半导体激光软钎焊系统对Sn—Ag—Cu无铅钎料在纯铜试片上进行钎焊试验，以此来模拟电子元器件焊点的形成过程，进而研究半导体激光软钎焊条件下sn一如一Cu无铅钎料焊点显微组织中的金属间化合物。为便于对比，同

6、时采用红外再流焊机进行了Sn—Ag—Cu钎料在纯铜试片上的钎焊试验。此外，还选用了与上述试验相同的激光工艺参数，进行了0805型矩形片式电阻的钎焊试验，并利用STR一11300型微焊点强度测试仪测试其焊点的力学性能，研究焊点显微组织中金属间化合物与力学性能之间的关系。根据国家军用标准《GJB548A一96微电子器件试验方法和程序》方法2019A：芯片抗剪强度的规定，芯片抗剪强度以其最大剪切力值来替代评价[5]5，这已为诸多研究所采纳【6．7J，故文中以焊点的最大剪切力值(以下简称剪切力)来作为其力学性能的评价标准。2试验结果与分析2．1激光工艺参数对焊点力学性能的影响焊点力

7、学性能是激光钎焊时间和功率综合影响万方数据第2期张昕，等：半导体激光钎焊Sn—Ag—Cu焊点的力学性能和显微组织分析23的结果[8

8、，所以文中研究了不同激光钎焊时间与不同激光钎焊功率组合对无铅焊点力学性能的影响。选用不同激光钎焊时间与不同输出功率组合对矩形片式电阻进行钎焊试验，然后根据2003年颁布的日本标准JISz3198(无铅钎料试验方法一第七部分：Z龟穴恩蜜输出功率P／W(

9、)钎焊时问0．5it输出功率P／W(c)钎焊时问1．5。片式元件的软钎焊接头剪切试验方法》，采用STR一1000微焊点强度测试仪来研究焊点的剪切力，图l表明了片式电阻焊点的剪切力与半导体激光钎焊工

10、艺参数组合之间的关系。从图中分析可以得出结论，当激光钎焊时间固定时，随着激光输出功率的增Z宅R恩橡蚕穴恩客输出功率P／W∞钎焊时间1-输出功率∥w(d)钎焊时间28图1不同激光输出工艺参数条件下微焊点的剪切力哟．1Sh∞rforcesofsolderocljointsw胁dilforentlaSersoldering12a陋mel01"S加，焊点剪切力逐渐增大，在某一输出功率时达到最佳。并且随着钎焊时间的增加，其所对应的最佳激光输出功率值逐渐减小。对比图la，b，c，d可知，当激光钎焊时间选择为1s，激光输出功率为