电子封装用Sn-Ag-Cu系低银含硼无铅钎料的研究
发布时间：2021-04-10 22:23
当前,随着电子工业的蓬勃发展,带来了对电子封装微互连钎料的高要求。截至目前,以综合性能良好的Sn-Ag-Cu无铅钎料作为传统非环保型Sn-Pb钎料合金的良好替代品,其近共晶成分无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）具有熔点较低、润湿性好的优点而在电子工业中得到了广泛的应用。但SAC305钎料的含银量为3.0wt%,带来了较高的成本,并使得贵金属Ag的资源负担日益加重。实际应用中,粗大的金属间化合物（IMC）也成为其潜在的失效形式。因此,目前研究的热点在于低银钎料合金。然而,低银无铅钎料存在着诸如较高的熔点、较差的润湿性和较低的力学性能,在服役过程中,亦会由于界面处脆性IMC层生长速度过快而导致焊接性能差、界面裂纹萌生等问题,造成可靠性下降。鉴于此,本文引入微量元素B（硼）制备了Sn-1.0Ag-0.5Cu（SAC105）低银含B无铅钎料合金以改善SAC105钎料的性能。由于B属于高熔点、难混溶元素,首先通过机械合金化的方式制备了SAC105高B中间合金,分析了其合金化进程。而后以合金化程度最高,球磨72h后的SAC105+10B中间合金为原料,配比含微量B的新型钎料合金S...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１微电子封装中的分级模型［６Ｉ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ１６１??
焊点服役过程中的可靠性问题，此时ＩＭＣ的增长问题变得非常尖锐［３２＿３４］。值得注意??的是，互连系统中杂质的存在也可能对ＩＭＣ层的性能产生显著影响。??１．３．１?Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系无铅钎料的研宄背景??各种锡基的无铅钎料中，共晶和近共晶Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ?（ＳＡＣ）合金已被确定为Ｓｎ－Ｐｂ??合金的主要替代候选材料［５］，是使用最广泛的钎料添加金属。他们具有应用广，蠕变??速度较慢，同时显示出良好的接头强度和延展性［３５１。在热疲劳试验中，ＳＡＣ合金也能??够保持良好的性能［３６］，并且在非极端的热循环条件下优于Ｓｎ－Ｐｂ合金。此外，ＳＡＣ钎??料合金比Ｓｎ－Ｐｂ钎料更耐金脆化。焊接组件的可靠性取决于互连的微观结构，其演化??受温度、应力和电流密度的强烈影响。因此，了解在焊点合金的微观组织对于理解互??连微结构如何随时间推移发展是至关重要的［３７］。??对于ＳＡＣ合金，其显微结构为［３４１：初生相Ａｇ３Ｓｎ、初生相Ｃｕ６Ｓｎ５、初生相ｐ－Ｓｎ、??Ａｇ３Ｓｎ＋ｐ－Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５＋（３－Ｓｎ、Ａｇ３Ｓｎ＋Ｃｕ６Ｓｎ５?和共晶?Ｐ－Ｓｎ＋ＡｇｓＳｎ＋ＣｕｆｉＳｎｓ。ＳＡＣ?合金中??存在的微观组织通常包含板条状Ａｇ３Ｓｎ、针状Ｃｕ６Ｓｎ５、初生树枝状ｐ－Ｓｎ等形貌，如??图１．３所示。??
１．４．１．１焊点界面的扩散模型??焊点在凝固过程中，界面金属间化合物Ｃｕ６Ｓｎ５之间存在纳米级的扩散通道［３９］，??焊点界面处Ｃｕ、Ｓｎ及ＩＭＣ扩散模型如图１．５所示。图１．５（ａ）描述了焊点界面中Ｃｕ的??原子通量，从Ｃｕ基板到１ＭＣ／钎料界面的原子通量用表示。进入钎料和ＩＭＣ界面??中的Ｃｕ原子扩散主要包含三种路径Ｉ６＇如图１．５（ｂ）所示：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]微电子封装的发展历史和新动态[J]. 华冰鑫,李敏,刘淑红. 产业与科技论坛. 2017(16)
[2]Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状[J]. 李扬,李晓延,姚鹏,梁晓波. 电子元件与材料. 2017(07)
[3]微纳连接技术研究进展[J]. 王尚,田艳红. 材料科学与工艺. 2017(05)
[4]高能球磨法制备MgB2超导材料的研究进展[J]. 杨芳,闫果,张平祥,王庆阳,熊晓梅,李少强,冯建情,李成山,冯勇. 稀有金属材料与工程. 2017(05)
[5]微电子封装技术的优势与应用[J]. 雷勇颋. 技术与市场. 2016(11)
[6]基于SMT技术的组装新工艺探讨[J]. 赵少伟,张婧亮,韩春. 电子工艺技术. 2016(04)
[7]材料基因组计划与第一性原理高通量计算[J]. 范晓丽. 中国材料进展. 2015(09)
[8]Sn-Ag-Cu系无铅钎料的研究进展[J]. 孙磊,张亮. 电焊机. 2014(12)
[9]Cr对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料抗氧化性能的影响[J]. 金帅,胡强,安宁,朱学新,赵新明,徐骏. 稀有金属. 2014(04)
[10]二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体机械合金化的研究进展[J]. 吴志方,周帆. 材料导报. 2014(13)
博士论文
[1]微型化无铅焊点界面反应及力学性能研究[D]. 杨帆.大连理工大学 2016
[2]Cu/Sn/Cu（Ni）结构中金属间化合物微焊点的组织演化及力学性能研究[D]. 莫丽萍.华中科技大学 2016
[3]12Cr-ODS铁基高温合金的机械合金化制备及其组织性能研究[D]. 姚振华.华中科技大学 2011
[4]新型高纯微电子封装材料的研究与开发[D]. 田晓伟.复旦大学 2011
[5]Sn-Ag-Zn系无铅焊料及其连接界面组织形成与演化规律[D]. 韦晨.天津大学 2009
[6]集成电力电子模块封装技术的研究[D]. 王建冈.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]三维叠层芯片封装的可靠性研究[D]. 蓝业顷.电子科技大学 2014
[2]新型低银无铅电子钎料研究[D]. 张群超.北京有色金属研究总院 2012
[3]电子封装互连材料的研究[D]. 潘其林.复旦大学 2012
[4]电迁移条件下无铅焊点基体溶解的研究[D]. 潘松.大连理工大学 2012
[5]应用于三维叠层封装的硅通孔（TSV）建模及传热和加载分析[D]. 王宏明.西安电子科技大学 2012
[6]微焊点界面的柯肯达尔孔洞生长及其抑制研究[D]. 邹建.华中科技大学 2011
[7]SnAgCu/Cu界面金属间化合物长大规律[D]. 李凤辉.北京工业大学 2007
[8]SMT系统中焊点位置的检测[D]. 吴志明.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3130438
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１微电子封装中的分级模型［６Ｉ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐａｃｋａｇｉｎｇ１６１??
焊点服役过程中的可靠性问题，此时ＩＭＣ的增长问题变得非常尖锐［３２＿３４］。值得注意??的是，互连系统中杂质的存在也可能对ＩＭＣ层的性能产生显著影响。??１．３．１?Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系无铅钎料的研宄背景??各种锡基的无铅钎料中，共晶和近共晶Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ?（ＳＡＣ）合金已被确定为Ｓｎ－Ｐｂ??合金的主要替代候选材料［５］，是使用最广泛的钎料添加金属。他们具有应用广，蠕变??速度较慢，同时显示出良好的接头强度和延展性［３５１。在热疲劳试验中，ＳＡＣ合金也能??够保持良好的性能［３６］，并且在非极端的热循环条件下优于Ｓｎ－Ｐｂ合金。此外，ＳＡＣ钎??料合金比Ｓｎ－Ｐｂ钎料更耐金脆化。焊接组件的可靠性取决于互连的微观结构，其演化??受温度、应力和电流密度的强烈影响。因此，了解在焊点合金的微观组织对于理解互??连微结构如何随时间推移发展是至关重要的［３７］。??对于ＳＡＣ合金，其显微结构为［３４１：初生相Ａｇ３Ｓｎ、初生相Ｃｕ６Ｓｎ５、初生相ｐ－Ｓｎ、??Ａｇ３Ｓｎ＋ｐ－Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５＋（３－Ｓｎ、Ａｇ３Ｓｎ＋Ｃｕ６Ｓｎ５?和共晶?Ｐ－Ｓｎ＋ＡｇｓＳｎ＋ＣｕｆｉＳｎｓ。ＳＡＣ?合金中??存在的微观组织通常包含板条状Ａｇ３Ｓｎ、针状Ｃｕ６Ｓｎ５、初生树枝状ｐ－Ｓｎ等形貌，如??图１．３所示。??
１．４．１．１焊点界面的扩散模型??焊点在凝固过程中，界面金属间化合物Ｃｕ６Ｓｎ５之间存在纳米级的扩散通道［３９］，??焊点界面处Ｃｕ、Ｓｎ及ＩＭＣ扩散模型如图１．５所示。图１．５（ａ）描述了焊点界面中Ｃｕ的??原子通量，从Ｃｕ基板到１ＭＣ／钎料界面的原子通量用表示。进入钎料和ＩＭＣ界面??中的Ｃｕ原子扩散主要包含三种路径Ｉ６＇如图１．５（ｂ）所示：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
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[6]基于SMT技术的组装新工艺探讨[J]. 赵少伟,张婧亮,韩春. 电子工艺技术. 2016(04)
[7]材料基因组计划与第一性原理高通量计算[J]. 范晓丽. 中国材料进展. 2015(09)
[8]Sn-Ag-Cu系无铅钎料的研究进展[J]. 孙磊,张亮. 电焊机. 2014(12)
[9]Cr对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料抗氧化性能的影响[J]. 金帅,胡强,安宁,朱学新,赵新明,徐骏. 稀有金属. 2014(04)
[10]二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体机械合金化的研究进展[J]. 吴志方,周帆. 材料导报. 2014(13)
博士论文
[1]微型化无铅焊点界面反应及力学性能研究[D]. 杨帆.大连理工大学 2016
[2]Cu/Sn/Cu（Ni）结构中金属间化合物微焊点的组织演化及力学性能研究[D]. 莫丽萍.华中科技大学 2016
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[4]新型高纯微电子封装材料的研究与开发[D]. 田晓伟.复旦大学 2011
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[6]集成电力电子模块封装技术的研究[D]. 王建冈.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]三维叠层芯片封装的可靠性研究[D]. 蓝业顷.电子科技大学 2014
[2]新型低银无铅电子钎料研究[D]. 张群超.北京有色金属研究总院 2012
[3]电子封装互连材料的研究[D]. 潘其林.复旦大学 2012
[4]电迁移条件下无铅焊点基体溶解的研究[D]. 潘松.大连理工大学 2012
[5]应用于三维叠层封装的硅通孔（TSV）建模及传热和加载分析[D]. 王宏明.西安电子科技大学 2012
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[7]SnAgCu/Cu界面金属间化合物长大规律[D]. 李凤辉.北京工业大学 2007
[8]SMT系统中焊点位置的检测[D]. 吴志明.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3130438
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