SAC305釬料-Cu基板的熱壓焊工藝及焊點(diǎn)組織研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、在電子封裝互連工藝中,一個(gè)完整的微焊點(diǎn)包括釬料、焊盤(pán)及聯(lián)系二者之間的界面連接層,釬料合金與焊盤(pán)之間形成一層連續(xù)且均勻的IMC是良好冶金連接的基本保障,軟釬焊作為使用最多的連接方法之一發(fā)揮著極其重要的作用。脈沖式熱壓焊可以實(shí)現(xiàn)釬焊焊頭的快速升溫和冷卻,在溫度敏感型器件的連接領(lǐng)域中,熱壓焊由于焊接效率高、接頭強(qiáng)度高、高溫停留時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛地應(yīng)用。
  本文采用熱壓焊試驗(yàn)方法,以SAC305無(wú)鉛釬料為基體焊料,納米N1顆粒為增強(qiáng)

2、相,在釬料片表面局部區(qū)域添加納米顆粒,分別制備Cu/SAC/Cu和Cu/SAC-nanoN1/Cu微焊點(diǎn)。
  首先,研究峰值溫度、焊接時(shí)間和焊接壓力對(duì)Cu/SAC305/Cu焊點(diǎn)釬料區(qū)組織特征和界面IMC形貌與厚度的影響,研究確定適合的熱壓焊工藝參數(shù)范圍,同時(shí)對(duì)比分析熱壓焊和回流焊工藝下焊點(diǎn)組織、界面IMC層厚度和焊點(diǎn)硬度之間的差異。得出以下結(jié)論:
  研究焊接壓力的優(yōu)選參數(shù)范圍時(shí),當(dāng)焊接壓力為10N時(shí),形成的界面IMC層

3、很薄;當(dāng)壓力為20N-40N時(shí),焊點(diǎn)釬料區(qū)組織細(xì)化程度較好,界面IMC厚度適中;當(dāng)壓力為60N時(shí),在界面處因壓力過(guò)大會(huì)擠出部分液態(tài)釬料,殘留的液態(tài)釬料不足以與母材發(fā)生相互作用,使釬焊界面很難被充分填滿(mǎn),導(dǎo)致焊點(diǎn)釬料區(qū)組織粗化且界面化合物層明顯粗糙化,溝槽谷深度變淺。因此可獲得焊接壓力的優(yōu)選范圍為20N-40N。
  在確定焊接壓力的范圍后,討論峰值溫度和焊接時(shí)間的優(yōu)選范圍。峰值溫度為240℃時(shí),焊接時(shí)間低于7s時(shí)無(wú)法形成有效焊點(diǎn),

4、其最優(yōu)焊接時(shí)間范圍是7s~8s;溫度為260℃時(shí),形成有效焊點(diǎn)的最短焊接時(shí)間為5s,其最優(yōu)焊接時(shí)間范圍是6s~8s;溫度為280℃時(shí),焊接時(shí)間低于4s時(shí)未發(fā)生潤(rùn)濕反應(yīng)形成有效焊點(diǎn),其最優(yōu)焊接時(shí)間范圍是5s~7s;最優(yōu)焊接時(shí)間隨峰值溫度的升高而逐漸減小。
  隨焊接時(shí)間的延長(zhǎng),Cu/SAC305/Cu焊點(diǎn)IMC層厚度不斷增加,同時(shí)體釬料中β-Sn初晶相平均尺寸也會(huì)隨之增大,β-Sn初晶相由胞狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹罘植甲罱K變?yōu)榘麪罘植?。?/p>

5、點(diǎn)IMC層隨焊接溫度的升高不斷增厚,界面扇貝狀I(lǐng)MC的溝槽谷深度在增加,其形貌從平緩的扇貝狀向陡峭的扇貝狀轉(zhuǎn)變。焊接壓力升高時(shí),焊點(diǎn)界面IMC厚度呈現(xiàn)先增加后緩慢降低的變化趨勢(shì)。
  同一溫度條件下,熱壓焊后界面IMC層厚度要薄于回流焊后焊點(diǎn)的。在焊接溫度為260℃和280℃時(shí),熱壓焊后界面IMC層厚度僅為回流焊后焊點(diǎn)的46%,熱壓焊后焊點(diǎn)釬料的硬度明顯高于回流焊后焊點(diǎn)的。
  其次,分析納米N1含量對(duì)Cu/SAC-nano

6、Ni/Cu焊點(diǎn)釬料區(qū)組織、界面IMC形貌與厚度及焊點(diǎn)硬度的影響規(guī)律,得出以下結(jié)論:
  添加的納米Ni會(huì)與基體釬料發(fā)生反應(yīng)形成微小尺度的(Cu,N1)6Sn5化合物作為異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)彌散分布在釬料組織中,同時(shí)細(xì)化β-Sn晶粒,且細(xì)化效果隨納米N1含量的增多更為顯著。焊點(diǎn)界面IMC形貌由扇貝狀特征逐漸向?qū)訝钚螒B(tài)過(guò)渡,當(dāng)納米N1含量為1.0wt%時(shí)IMC的層狀特征更加明顯。界面IMC的厚度隨納米N1含量的增加而逐漸增厚,當(dāng)納米N1顆粒含

7、量為1.0wt%時(shí),焊點(diǎn)界面IMC層厚度為2.43μm,比未添加納米顆粒的界面IMC層增加了108μm。
  隨著峰值溫度的升高,體釬料中β-Sn初晶相的尺寸在增大,且析出的共晶組織均勻分布在β-Sn相邊界處。焊點(diǎn)界面IMC層厚度隨峰值溫度的升高略有增厚,溫度對(duì)界面IMC層的厚度影響不明顯。
  隨著納米Ni顆粒的添加,焊點(diǎn)釬料的硬度得到明顯的提升。當(dāng)納米N1顆粒的含量為0.5wt.%時(shí),焊點(diǎn)釬料的硬度有最大值為190.56

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