Sn-M混合顆粒超聲輔助快速回流生成化合物機(jī)理的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-06-20 17:14
隨著小型化、高集成度、多功能的SiC、GaN等大功率器件的不斷發(fā)展,對芯片封裝互連材料有了更高的要求。傳統(tǒng)的Sn基無鉛釬料因其熔點(diǎn)較低,已經(jīng)不能滿足大功率器件的高溫服役要求。因此,需要一種成本較低的釬料能夠在低溫下實(shí)現(xiàn)芯片的連接,同時(shí)能夠在高溫下服役,連接工藝要簡單易行。本文設(shè)計(jì)并使用Sn-Ni的大小顆�；旌镶F料,并采取超聲波輔助回流的工藝,在溫度為250℃,超聲作用時(shí)間10 s的條件下,實(shí)現(xiàn)了200 W的低超聲功率鍵合Ni-Ni基板,得到了由高熔點(diǎn)的Ni3Sn4和Ni顆粒組成的致密組織,焊縫內(nèi)部幾乎沒有孔洞等缺陷。此外,與單純的大Ni釬料和小Ni釬料相比,大小顆粒混合釬料的剪切強(qiáng)度最高為45.24 MPa,在經(jīng)過360 h的老化之后,其焊縫組織幾乎沒有變化,剪切強(qiáng)度為49.75 MPa。本文還深入探究了超聲作用下Ni3Sn4化合物快速生長的機(jī)理。根據(jù)測量Ni顆粒粒徑的減少量來等效計(jì)算超聲作用時(shí),Ni3Sn4厚度的增加量,并通過擬合計(jì)算得到了超聲輔助回流時(shí)...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
Cu/Sn-3.5Ag/CuTLP組織
圖 1-1 Cu/Sn-3.5Ag/Cu TLP 組織[27]:a）回流后；b）時(shí)效 500h 后；c）回流后；d）時(shí)效 500h 后片層狀的釬料一般耗時(shí)較久，日本的 Mokhtari 等人[28]對在 Sn-Bi 釬料膏 Cu 顆粒制備了顆�；旌系拟F料，并對該種顆�；旌镶F料 TLP 工藝進(jìn)行了試驗(yàn)示意圖如圖1-2所示），經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果得出：Cu顆粒含量為30wt.%，在20回流 50 min 時(shí)，可消耗掉全部的 Sn 獲得由 Cu-Sn 金屬間化合物和富 Bi 相接頭。同時(shí)，作者研究了 Cu6Sn5的生長規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在加入 Cu 顆粒后，基板 Cu 周圍的 Cu6Sn5出現(xiàn)了剝離的情況，且剝離的方向遵循熱力學(xué)平衡原理，粒周圍的剝離行為比基板周圍發(fā)生的要更早一些，作者認(rèn)為這是應(yīng)力集中所結(jié)果。此外作者認(rèn)為如果要在更低的溫度下得到不含 Sn 的接頭，需要使用小的 Cu 顆粒，然而這樣會(huì)導(dǎo)致顆粒表面易被氧化。
金屬間化合物的生長速率，但仍舊是擴(kuò)散為主導(dǎo)的生長模式，還是需要一定的時(shí)間才能將中間釬料完全反應(yīng)[31]。1.2.2 TLP 過程中中化合物生長機(jī)理的研究現(xiàn)狀Shao 等人[32]對 Ag/SnTLP 工藝中 Ag3Sn 的生長機(jī)理進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在 250 ℃的反應(yīng)溫度下，Ag3Sn 主要形貌為扇貝狀，但是也有少量的棱柱狀針狀、板狀和線狀的晶粒被觀察到，這是 Ag3Sn 晶粒生長的各向異性所致的。隨著回流時(shí)間的延長，在晶粒逐漸粗化，基板 Ag 原子的各向異性擴(kuò)散的影響下，扇貝狀 Ag3Sn 晶粒表面出現(xiàn)多個(gè)平面。此外，作者還發(fā)現(xiàn)在凝固過程中富 Ag 區(qū)有許多納米 Ag3Sn 顆粒生成并吸附在 Ag3Sn 晶粒表面；作者提出 Ag3Sn 生長模型（圖1-3 所示）并計(jì)算出了 Ag3Sn IMC 在 250 ℃、280 ℃和 320 ℃下的晶粒生長常數(shù)分別為5.83×10-15m2/s，7.83×10-15m2/s 和 2.83×10-14m2/s，反應(yīng)激活能約為 58.89 KJ/mo該作者在另一篇文獻(xiàn)中報(bào)道了 Cu/Sn/Ag 接頭老化后的剪切性能[33]，如圖 1-4 所示接頭剪切強(qiáng)度隨老化時(shí)間增加先增加后減小。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu/Sn/Cu超聲-TLP接頭的顯微組織與力學(xué)性能[J]. 劉積厚,趙洪運(yùn),李卓霖,宋曉國,董紅杰,趙一璇,馮吉才. 金屬學(xué)報(bào). 2017(02)
[2]碳化硅（SiC）功率器件及其在航天電子產(chǎn)品中的應(yīng)用前景展望[J]. 白玉新,劉俊琴,李雪,曹英健,張建國,仲悅. 航天標(biāo)準(zhǔn)化. 2011(03)
[3]電子組裝用高溫?zé)o鉛釬料的研究進(jìn)展[J]. 房衛(wèi)萍,史耀武,夏志東,雷永平,郭福. 電子元件與材料. 2009(03)
[4]無鉛焊膏的設(shè)計(jì)與展望[J]. 史耀武,雷永平,夏志東,郭福,李曉延. 電子元件與材料. 2008(09)
[5]電子組裝用高溫?zé)o鉛釬料的研制[J]. 房衛(wèi)萍,史耀武,夏志東,郭福,雷永平. 電子元件與材料. 2008(03)
[6]AuSn釬料及鍍層界面金屬間化合物的演變[J]. 張威,王春青,閻勃晗. 稀有金屬材料與工程. 2006(07)
碩士論文
[1]電子封裝低溫軟釬焊用低殘留無鉛錫膏的制備與性能研究[D]. 馬發(fā)謙.華南理工大學(xué) 2017
[2]石墨烯增強(qiáng)Sn-Ag-Cu復(fù)合無鉛釬料的設(shè)計(jì)與性能研究[D]. 劉向東.天津大學(xué) 2013
[3]無鉛釬料激光軟釬焊潤濕性機(jī)理的研究[D]. 邱大勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
本文編號(hào)：3239605
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
Cu/Sn-3.5Ag/CuTLP組織
圖 1-1 Cu/Sn-3.5Ag/Cu TLP 組織[27]:a）回流后；b）時(shí)效 500h 后；c）回流后；d）時(shí)效 500h 后片層狀的釬料一般耗時(shí)較久，日本的 Mokhtari 等人[28]對在 Sn-Bi 釬料膏 Cu 顆粒制備了顆�；旌系拟F料，并對該種顆�；旌镶F料 TLP 工藝進(jìn)行了試驗(yàn)示意圖如圖1-2所示），經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果得出：Cu顆粒含量為30wt.%，在20回流 50 min 時(shí)，可消耗掉全部的 Sn 獲得由 Cu-Sn 金屬間化合物和富 Bi 相接頭。同時(shí)，作者研究了 Cu6Sn5的生長規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在加入 Cu 顆粒后，基板 Cu 周圍的 Cu6Sn5出現(xiàn)了剝離的情況，且剝離的方向遵循熱力學(xué)平衡原理，粒周圍的剝離行為比基板周圍發(fā)生的要更早一些，作者認(rèn)為這是應(yīng)力集中所結(jié)果。此外作者認(rèn)為如果要在更低的溫度下得到不含 Sn 的接頭，需要使用小的 Cu 顆粒，然而這樣會(huì)導(dǎo)致顆粒表面易被氧化。
金屬間化合物的生長速率，但仍舊是擴(kuò)散為主導(dǎo)的生長模式，還是需要一定的時(shí)間才能將中間釬料完全反應(yīng)[31]。1.2.2 TLP 過程中中化合物生長機(jī)理的研究現(xiàn)狀Shao 等人[32]對 Ag/SnTLP 工藝中 Ag3Sn 的生長機(jī)理進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在 250 ℃的反應(yīng)溫度下，Ag3Sn 主要形貌為扇貝狀，但是也有少量的棱柱狀針狀、板狀和線狀的晶粒被觀察到，這是 Ag3Sn 晶粒生長的各向異性所致的。隨著回流時(shí)間的延長，在晶粒逐漸粗化，基板 Ag 原子的各向異性擴(kuò)散的影響下，扇貝狀 Ag3Sn 晶粒表面出現(xiàn)多個(gè)平面。此外，作者還發(fā)現(xiàn)在凝固過程中富 Ag 區(qū)有許多納米 Ag3Sn 顆粒生成并吸附在 Ag3Sn 晶粒表面；作者提出 Ag3Sn 生長模型（圖1-3 所示）并計(jì)算出了 Ag3Sn IMC 在 250 ℃、280 ℃和 320 ℃下的晶粒生長常數(shù)分別為5.83×10-15m2/s，7.83×10-15m2/s 和 2.83×10-14m2/s，反應(yīng)激活能約為 58.89 KJ/mo該作者在另一篇文獻(xiàn)中報(bào)道了 Cu/Sn/Ag 接頭老化后的剪切性能[33]，如圖 1-4 所示接頭剪切強(qiáng)度隨老化時(shí)間增加先增加后減小。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu/Sn/Cu超聲-TLP接頭的顯微組織與力學(xué)性能[J]. 劉積厚,趙洪運(yùn),李卓霖,宋曉國,董紅杰,趙一璇,馮吉才. 金屬學(xué)報(bào). 2017(02)
[2]碳化硅（SiC）功率器件及其在航天電子產(chǎn)品中的應(yīng)用前景展望[J]. 白玉新,劉俊琴,李雪,曹英健,張建國,仲悅. 航天標(biāo)準(zhǔn)化. 2011(03)
[3]電子組裝用高溫?zé)o鉛釬料的研究進(jìn)展[J]. 房衛(wèi)萍,史耀武,夏志東,雷永平,郭福. 電子元件與材料. 2009(03)
[4]無鉛焊膏的設(shè)計(jì)與展望[J]. 史耀武,雷永平,夏志東,郭福,李曉延. 電子元件與材料. 2008(09)
[5]電子組裝用高溫?zé)o鉛釬料的研制[J]. 房衛(wèi)萍,史耀武,夏志東,郭福,雷永平. 電子元件與材料. 2008(03)
[6]AuSn釬料及鍍層界面金屬間化合物的演變[J]. 張威,王春青,閻勃晗. 稀有金屬材料與工程. 2006(07)
碩士論文
[1]電子封裝低溫軟釬焊用低殘留無鉛錫膏的制備與性能研究[D]. 馬發(fā)謙.華南理工大學(xué) 2017
[2]石墨烯增強(qiáng)Sn-Ag-Cu復(fù)合無鉛釬料的設(shè)計(jì)與性能研究[D]. 劉向東.天津大學(xué) 2013
[3]無鉛釬料激光軟釬焊潤濕性機(jī)理的研究[D]. 邱大勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008
本文編號(hào)：3239605
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