低温软钎焊用Sn—58Bi预成型焊片的制备及回流焊点的性能研究
发布时间：2020-04-15 08:02
【摘要】：随着电子元器件集成度的持续提高,基底焊盘形状、钎焊互连所需锡量及分级封装导致的热失效问题日趋突出,Sn 58Bi预成型焊片凭借其精准的尺寸、较低的钎焊温度及低孔洞率而广受关注。目前,通过对Sn 58Bi合金的显微组织和性能进行全面探究,寻求一种工艺流程简洁、生产效率高的Sn 58Bi合金预成型焊片加工技术显得十分急迫。本论文首先研究了空冷、水冷和激冷三种不同的凝固冷却方式以及100oC时效200h两种处理工艺对Sn 58Bi合金显微组织及力学性能的影响;再采用10~-11 s~(-1)和10~(-4) s~(-1)两个量级差别很大的单轴拉伸应变速率,研究了Sn 58Bi合金的塑性与变形条件的关系,进而得出应变速率敏感性对Sn 58Bi合金力学性能的影响。在此基础上,通过研究压延过程中均匀化退火温度与时间、压延温度、压延方向对Sn 58Bi合金的影响,优选出最佳工艺参数来制备所需预成型焊片。针对所得Sn 58Bi预成型焊片,选出最适宜使用的助焊剂,改变回流焊的峰值温度、回流时间及焊片厚度,研究了上述工艺参数对Sn 58Bi焊点性能的影响。研究结果表明,Sn 58Bi合金的显微组织随着凝固过程冷却速度的增加而逐渐细化,合金的延伸率有轻微上升。但在热时效过程中,Sn 58Bi合金的延伸率逐渐降低,塑性变差。Sn 58Bi合金具有明显的应变速率敏感性,与热处理相比,应变速率的改变对合金的塑性影响更大,时效态Sn 58Bi合金延伸率在高低两种应变速率下的变化幅度可达334.13%。均匀化退火能有效降低Sn 58Bi合金在熔铸过程产生的成分偏析,在压延过程中,室温下的压下量可达60%。随着压延温度从室温升高至75oC和100oC,再结晶软化导致合金更容易承受大压下量变形,可在压下量达98%的变形条件下保持良好的成型质量。随着压延道次的增加,合金的显微组织沿压延方向呈现一定方向性,因此需要通过改变压延方向来制得具有较低硬度和回弹量的Sn 58Bi合金预成型焊片。使用改良后的助焊剂配合所得预成型焊片进行回流后,可以得到光亮、饱满的焊点。通过增加峰值温度及回流时间,均能在一定程度上增加合金的铺展面积及界面金属间化合物(IMC)层厚度,提高焊点可靠性。在相同的回流工艺下,焊片厚度从0.1 mm增加至1.0 mm时,焊点的剪切强度降低46.94%,接头性能明显恶化。
【图文】：
第一章 绪论I/O 引脚数、更小的尺寸规格。与 SOP 同时期研发出的塑料有引线芯片载体（PLCC）封装则因其呈 J 型的引脚而具有较好的引线强度、较小的封装面积、良好的散热能力[6]，是现今计算机主板的主要封装形式之一[7]。随着四侧引脚扁平（QFP）封装的出现，SMT工艺得到进一步发展。QFP 可应用于集成度较大、器件较密集的电路封装中，QFP 的封装形式如图 1-2（c）所示，I/O 引脚沿四侧分布。QFP 由于其引脚数目较多、间距较细，导致其可承受热极限值较低[8]。为了解决 QFP 的这个问题，因而研发出焊盘陈列（LGA）封装。LGA 无外置引脚，在器件底部设有焊盘阵列，与基板上的焊盘阵列相对应实现互连。LGA 比 QFP 封装面积更小，具备更优异的力学性能和散热能力[9]。但 LGA 基板制作工艺复杂，成本极高。
为了解决上述问题，球栅阵列（BGA）封装就在这种情况下产生了，如图1-2（d）所示。BGA 与 LGA 类似，，都没有传统的金属引脚作为传输线。但 BGA 底部是以一定的次序排布着锡球阵列，每一个锡球则是 BGA 的一个 I/O 引脚，极大地提高了器件的封装设计灵活性。BGA 大大提升了芯片使用面积，使得芯片集成度得以进一步提升[10]，同时具有较为良好的抗高周疲劳可靠性[11]。现今 BGA 已在高集成度、高性能、高精度的集成电路中，如：手机、手提电脑、无人机等产品的内部电路中普及开来，且在生产使用中不断改进完善[12]。伴随着 BGA 发展起来的新型封装技术是芯片尺寸封装（CSP）。封装中，芯片面积为封装面积的 1.2 倍就可以称为 CSP[13]。随着电子信息技术的蓬勃发展
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG454;TN405
本文编号：2628327
【图文】：
第一章 绪论I/O 引脚数、更小的尺寸规格。与 SOP 同时期研发出的塑料有引线芯片载体（PLCC）封装则因其呈 J 型的引脚而具有较好的引线强度、较小的封装面积、良好的散热能力[6]，是现今计算机主板的主要封装形式之一[7]。随着四侧引脚扁平（QFP）封装的出现，SMT工艺得到进一步发展。QFP 可应用于集成度较大、器件较密集的电路封装中，QFP 的封装形式如图 1-2（c）所示，I/O 引脚沿四侧分布。QFP 由于其引脚数目较多、间距较细，导致其可承受热极限值较低[8]。为了解决 QFP 的这个问题，因而研发出焊盘陈列（LGA）封装。LGA 无外置引脚，在器件底部设有焊盘阵列，与基板上的焊盘阵列相对应实现互连。LGA 比 QFP 封装面积更小，具备更优异的力学性能和散热能力[9]。但 LGA 基板制作工艺复杂，成本极高。
为了解决上述问题，球栅阵列（BGA）封装就在这种情况下产生了，如图1-2（d）所示。BGA 与 LGA 类似，，都没有传统的金属引脚作为传输线。但 BGA 底部是以一定的次序排布着锡球阵列，每一个锡球则是 BGA 的一个 I/O 引脚，极大地提高了器件的封装设计灵活性。BGA 大大提升了芯片使用面积，使得芯片集成度得以进一步提升[10]，同时具有较为良好的抗高周疲劳可靠性[11]。现今 BGA 已在高集成度、高性能、高精度的集成电路中，如：手机、手提电脑、无人机等产品的内部电路中普及开来，且在生产使用中不断改进完善[12]。伴随着 BGA 发展起来的新型封装技术是芯片尺寸封装（CSP）。封装中，芯片面积为封装面积的 1.2 倍就可以称为 CSP[13]。随着电子信息技术的蓬勃发展
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG454;TN405
【参考文献】
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1 张新平;尹立孟;于传宝;;电子和光子封装无铅钎料的研究和应用进展[J];材料研究学报;2008年01期
本文编号：2628327
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