新植柱方式下CuCGA焊柱互连的显微组织及性能
发布时间：2021-08-03 09:38
CuCGA互连通常被用于高频率、高功率、高I/O的大芯片器件封装以及高可靠性要求的航空、航天、军用电子器件的封装。针对CuCGA器件,现有植柱方法均是在借助不同形式的带孔模具实现铜柱与焊盘的垂直对中的基础上,加热熔化焊盘上事先印刷的钎料膏实现铜柱一端与焊盘间的回流焊接。这种植柱方法可能引起模具通用性差、成本高,且焊点润湿不良、产生气孔等问题。因此研究CuCGA器件的植柱方式具有实际意义。本文提出了一种新的植柱方法,它借助微型钻床夹持铜柱使之运动对中、旋转并钻进焊盘上回流焊获得的钎料焊球中一定深度,借助期间摩擦进给的热-机作用实现植柱连接。采用紫Cu柱、Sn63Pb37和SAC305为研究对象。研究了新植柱方式下焊点内部显微组织,并进一步对比新植柱方式回流后焊点内部显微组织,以及不同钎料焊点承受的拉脱载荷。研究发现:1.Sn63Pb37焊点内部不同截面显微组织变化规律相同,根据组织形貌不同可将显微组织分为4个区域。显微组织均随着距Cu柱距离增加依次呈现为细碎小块状、块状、指纹状、圆环状或放射状。在焊点尺寸范围内,细碎小块状范围最小,块状和指纹状占据的范围比较大。新植柱方式回流后Sn63P...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新植柱方式下焊点形貌
产生飞边的时间约 3-4 s，但是最高的温度仍低于钎料熔点，这一过程增加钎料塑性、降低钎料变形抗力，导致界面的氧化膜破碎，随时间增加受压力影响，钎料内部产生塑性变形及流动，Cu 柱及钎料之间的摩擦接触，两者之间的原子扩散、再结晶产生一种固相焊接方法的连接形式。在图 3-2 中深灰色是 α-P相，浅灰色是 β-Sn 相。图 3-2 a)区域 α-Pb 相组织呈细碎小块状，α-Pb 相在该区域最小尺寸约为 0.66×0.33 μm，最大尺寸约 2.97×2.64 μm，平均 α-Pb 相尺寸为2.31×1.65 μm。该区域组织受摩擦影响大，故定义该区域为摩擦影响区。a)摩擦影响区 b)热-机影响区
响区组织受温度影响较大。图 3-2 c)为应力作用区，该区域由于距离 Cu 柱植入的位置较远，随摩擦时间增加，摩擦热传递的比较慢，主要受应力作用影响较多。从图中可以看出，α-P相组织呈指纹状，呈现这种形状可能是由于 α-Pb 比较软，受力挤压而变扁，所以将该区域定义为应力作用区。该区域组织范围在 X 轴方向的长度 110-745 μm约占总长度 74.5 %，这个区域的长度约是摩擦影响区长度的 13.5 倍，约是热机影响区的 7 倍，应力作用区和图 3-2 d)为母材区域长度范围相比，这个区域也是整个钎料不同位置处于范围最广的区域。图 3-2 d)为母材，该区域由于距离Cu 柱植入的位置最远，随摩擦时间增加，摩擦热传递的慢，组织形貌与尺寸大小受摩擦热影响因素小，且受机械振动、压力等因素影响较小。由于受热-机作用影响小，所以把该区域定义为母材。该区域组织范围在 X 轴方向的长度约为745-1200 μm，约占总长度 29.5 %，与应力作用区相比，应力作用区的长度是此区域的 2.5 倍。在母材区域中 0.5-1 μm 宽度的 α-Pb 相呈不封闭的圆环状或放射状分布于 β-Sn 基体中。由此可见，应力作用区长度最长，其次是母材区，热机影响区比母材区长度范围稍短，摩擦影响区长度范围最短。利用扫描电镜测试分析焊点内部组织，分析结果如图 3-3 和图 3-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CCGA焊柱加固工艺技术研究[J]. 毛冲冲,吉勇,李守委,明雪飞. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(01)
[2]Cu/Sn界面固-液反应的扩散-溶解模型研究[J]. 赖忠民,叶丹. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]铜柱栅阵列互连结构的剪切行为[J]. 赵智力,徐希锐,孙凤莲,杨建国. 焊接学报. 2015(04)
[4]微电子组(封)装技术的新发展[J]. 龙绪明,罗爱玲,贺海浪,刘明晓,曹宏耀,董健腾,吕文强,胡少华. 电子工业专用设备. 2014(09)
[5]微电子封装技术及发展趋势综述[J]. 关晓丹,梁万雷. 北华航天工业学院学报. 2013(01)
[6]无铅BGA焊接工艺方法研究[J]. 杜爽,徐伟玲. 宇航材料工艺. 2012(06)
[7]微电子封装技术的发展趋势[J]. 张力元. 云南科技管理. 2012(04)
[8]低应力柔性CCGA焊点设计及其可靠性预测[J]. 赵智力,孙凤莲,王丽凤,田崇军. 焊接学报. 2012(01)
[9]浅析未来微电子封装技术发展趋势[J]. 李荣茂,陆建胜. 科技创新导报. 2011(36)
[10]影响BGA封装焊接技术的因素研究[J]. 王永彬. 电子工艺技术. 2011(03)
硕士论文
[1]SAC305-纳米Cu复合焊膏微观组织及力学性能研究[D]. 辛瞳.哈尔滨理工大学 2016
[2]镍纳米颗粒对低银钎料的性能影响[D]. 高源.哈尔滨工业大学 2013
[3]BGA封装的可靠性模拟与实验验证[D]. 薛明阳.华南理工大学 2013
[4]高密度大尺寸CCGA二级封装可靠性分析及结构设计[D]. 陈莹磊.哈尔滨工业大学 2010
[5]无铅回流焊冷却速率对焊点质量的影响[D]. 徐波.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3319390
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
新植柱方式下焊点形貌
产生飞边的时间约 3-4 s，但是最高的温度仍低于钎料熔点，这一过程增加钎料塑性、降低钎料变形抗力，导致界面的氧化膜破碎，随时间增加受压力影响，钎料内部产生塑性变形及流动，Cu 柱及钎料之间的摩擦接触，两者之间的原子扩散、再结晶产生一种固相焊接方法的连接形式。在图 3-2 中深灰色是 α-P相，浅灰色是 β-Sn 相。图 3-2 a)区域 α-Pb 相组织呈细碎小块状，α-Pb 相在该区域最小尺寸约为 0.66×0.33 μm，最大尺寸约 2.97×2.64 μm，平均 α-Pb 相尺寸为2.31×1.65 μm。该区域组织受摩擦影响大，故定义该区域为摩擦影响区。a)摩擦影响区 b)热-机影响区
响区组织受温度影响较大。图 3-2 c)为应力作用区，该区域由于距离 Cu 柱植入的位置较远，随摩擦时间增加，摩擦热传递的比较慢，主要受应力作用影响较多。从图中可以看出，α-P相组织呈指纹状，呈现这种形状可能是由于 α-Pb 比较软，受力挤压而变扁，所以将该区域定义为应力作用区。该区域组织范围在 X 轴方向的长度 110-745 μm约占总长度 74.5 %，这个区域的长度约是摩擦影响区长度的 13.5 倍，约是热机影响区的 7 倍，应力作用区和图 3-2 d)为母材区域长度范围相比，这个区域也是整个钎料不同位置处于范围最广的区域。图 3-2 d)为母材，该区域由于距离Cu 柱植入的位置最远，随摩擦时间增加，摩擦热传递的慢，组织形貌与尺寸大小受摩擦热影响因素小，且受机械振动、压力等因素影响较小。由于受热-机作用影响小，所以把该区域定义为母材。该区域组织范围在 X 轴方向的长度约为745-1200 μm，约占总长度 29.5 %，与应力作用区相比，应力作用区的长度是此区域的 2.5 倍。在母材区域中 0.5-1 μm 宽度的 α-Pb 相呈不封闭的圆环状或放射状分布于 β-Sn 基体中。由此可见，应力作用区长度最长，其次是母材区，热机影响区比母材区长度范围稍短，摩擦影响区长度范围最短。利用扫描电镜测试分析焊点内部组织，分析结果如图 3-3 和图 3-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CCGA焊柱加固工艺技术研究[J]. 毛冲冲,吉勇,李守委,明雪飞. 电子产品可靠性与环境试验. 2017(01)
[2]Cu/Sn界面固-液反应的扩散-溶解模型研究[J]. 赖忠民,叶丹. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]铜柱栅阵列互连结构的剪切行为[J]. 赵智力,徐希锐,孙凤莲,杨建国. 焊接学报. 2015(04)
[4]微电子组(封)装技术的新发展[J]. 龙绪明,罗爱玲,贺海浪,刘明晓,曹宏耀,董健腾,吕文强,胡少华. 电子工业专用设备. 2014(09)
[5]微电子封装技术及发展趋势综述[J]. 关晓丹,梁万雷. 北华航天工业学院学报. 2013(01)
[6]无铅BGA焊接工艺方法研究[J]. 杜爽,徐伟玲. 宇航材料工艺. 2012(06)
[7]微电子封装技术的发展趋势[J]. 张力元. 云南科技管理. 2012(04)
[8]低应力柔性CCGA焊点设计及其可靠性预测[J]. 赵智力,孙凤莲,王丽凤,田崇军. 焊接学报. 2012(01)
[9]浅析未来微电子封装技术发展趋势[J]. 李荣茂,陆建胜. 科技创新导报. 2011(36)
[10]影响BGA封装焊接技术的因素研究[J]. 王永彬. 电子工艺技术. 2011(03)
硕士论文
[1]SAC305-纳米Cu复合焊膏微观组织及力学性能研究[D]. 辛瞳.哈尔滨理工大学 2016
[2]镍纳米颗粒对低银钎料的性能影响[D]. 高源.哈尔滨工业大学 2013
[3]BGA封装的可靠性模拟与实验验证[D]. 薛明阳.华南理工大学 2013
[4]高密度大尺寸CCGA二级封装可靠性分析及结构设计[D]. 陈莹磊.哈尔滨工业大学 2010
[5]无铅回流焊冷却速率对焊点质量的影响[D]. 徐波.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3319390
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