電子封裝焊料潤濕性的研究.pdf

1、含鉛焊料帶來的環(huán)境問題使得電子封裝企業(yè)正努力尋求無鉛焊料，但無鉛焊料在潤濕性上表現(xiàn)不足，造成封裝企業(yè)在新產品上遲遲不愿意采用無鉛焊料。同時隨著封裝密度越來越高，元件尺寸越來越小，引腳間距越來越窄，焊料潤濕問題日漸成為回流焊和波峰焊等群焊工藝的一道難以逾越的高峰，因此開展焊料潤濕可靠性和結構性能的研究非常必要。在本項目研究中，建立回流曲線量化評價參數(shù)——預熱、加熱、冷卻因子，考察了它們對焊點可靠性的影響，總結出優(yōu)化的回流曲線； 結

2、合金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡和電子能譜等分析方法，對焊膏與基板潤濕行為中的界面反應及其影響因素、作用機理進行了深入的研究；采用光杠桿法和動態(tài)干涉法第一次測量到回流焊中焊點界面處應力變化，研究了焊料整個回流潤濕過程中應力的變化。本試驗有希望為封裝工業(yè)的潤濕領域提供設計、工藝、材料等方面的技術支持和指導。 本文首先介紹了電子封裝材料潤濕問題的研究進展、研究方法和基本理論，然后在此基礎上指出了本文的研究目的、研究意義、研究方案和擬解決

3、的關鍵問題。 接著提出改進的測量焊料潤濕方法，用于分析焊點不良的原因并提供解決方案，實時測量焊球和基板接觸角變化，分析得到不同焊膏在本實驗條件下的活性范圍，總結出動態(tài)延展實驗方法是通過溶劑的溢出和揮發(fā)、焊膏和焊料球的收縮、焊料球的穩(wěn)定、氣泡的生存期這幾個方面來評價動態(tài)潤濕過程的。在回流曲線的優(yōu)化研究中，引入了三種不同回流因子，即加熱因子、預熱因子、冷卻因子，分別討論分析了它們對焊點界面處金屬間化合物的影響，試驗表明界面處金屬間化

4、合物的平均厚度隨著加熱因子的增加而增加，當加熱因子不超過800-1000sec?°C，此時合適的金屬間化合物厚度會降低焊接凸點缺陷的出現(xiàn)。過高的預熱因子，會使焊點表面出現(xiàn)了明顯焦化現(xiàn)象。冷卻速度慢，使得試樣冷卻因子較大，焊點內部晶粒的大小和冷卻因子呈正比關系，得到類似退火試驗的結果。 針對不同回流因子，分析了其剪切試驗中剪切斷面的形貌和成分，表明大部分條件下，斷裂一般會發(fā)生在焊料內部區(qū)域，然而在焊料界面結合較弱時，斷裂通常會發(fā)生

5、在IMC 和基板界面處?？偨Y提出了三種回流因子的合理取值范圍，得到了回流爐中63Sn37Pb 和Sn3.5Ag0.5Cu 的最佳回流曲線，為工業(yè)上探索新的回流曲線提供了實驗方法。運用基片彎曲法，研究了Ag/Ni多層膜隨溫度變化的界面應力曲線，在450°C 時達到蠕變平衡，計算出此溫度下Ag(111)/Ni(111)多層膜的界面能γint 為0.63J/m2。改進了光杠桿法測量應力設備，用于反應潤濕的應力測量。對63Sn37Pb 和Sn3

6、.5Ag0.5Cu 焊料在Cu 膜硅片上的回流試驗，采用不同溫度下分別保溫90 分鐘和200 分鐘，延長了焊料的反應潤濕時間，運用金屬間化合物的生長模型進行分析，認為Cu、Ni 的溶解和擴散在反應潤濕過程中促進了金屬間化合物的生長，提出了IMC 生長帶來的組織應力影響回流中界面應力的變化。最后利用頻閃照明、顯微干涉和計算機微視覺等非接觸式技術，結合本實驗要求，改建了微機電三維靜動態(tài)測試系統(tǒng)。對于離面運動測量，采用Hariharan 5