發(fā)布時間：2020-07-03 01:06

【摘要】：Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料是當前微電子互連產品中最常用的無鉛釬料合金,但由于該合金中貴金屬Ag含量較高,導致其成本較高。在目前電子產品發(fā)展速度加快,更新?lián)Q代周期不斷縮短的背景之下,如何降低釬料合金的成本,進而電子產品的制造成本、從而提高電子產品的競爭力已經成為研究的熱點和難點。但是Ag含量的大幅降低,使得“低銀”Sn-Ag-Cu釬料合金的潤濕性能、焊點可靠性等性能下降,影響了其推廣應用。本文通過在Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)、Sn-0.5Ag-0.7Cu(SAC0507)合金中加入稀土元素Nd、Pr和稀有元素Ga,系統(tǒng)、深入地研究了其對SAC0307、SAC0507合金的顯微組織、釬焊性能、焊點力學性能的影響。首先,通過研究加入0.025、0.05、0.1、0.25以及1wt.%的Nd和Ga后低銀釬料合金顯微組織、熔化特性、力學性能的變化,得到了微量稀土Nd/Pr和Ga對低銀合金釬料SAC0307、SAC0507(SAC-xNd合金、SACP-yGa合金)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),當Nd的加入量為0.1 wt.%、而Ga的加入量為0.5 wt.%時,SAC0307、SACP0507釬料具有最佳的綜合性能。進一步研究發(fā)現(xiàn),稀土元素Nd的加入量在0.05~0.1wt.%范圍時,可以顯著降低SAC0307合金的凝固過冷度△T,過冷度降至約原合金的1/4。其次,基于低銀釬料合金的力學性能表現(xiàn)出的速率相關性,以SAC-xNd合金為重點,研究了應變速率(1?10~(-4)s~(-1)、1?10~(-3)s~(-1)、1?10~(-2)s_(-1)、1?10~(-4)s~(-1)、6.7?10~(-4)s~(-1))、溫度載荷(28~oC、80 ~oC、120 ~oC、180 ~oC)對SAC-xNd合金拉伸變形行為的影響,進一步闡述了xNd對合金力學響應影響的內在機制。研究結果表明:SAC-0.1Nd合金釬料的應變速率敏感指數(shù)m值最大,具有最佳的抗頸縮能力,最小的激活能值(45.3 KJ/mol),并表現(xiàn)出較高的強度與塑性。再次,將釬料合金置于大氣條件下、加熱到245℃進行液態(tài)氧化,研究了Nd和Ga的加入對釬料合金抗氧化能力的影響。結果表明:微量Nd和Ga元素加入可以顯著提高合金的抗氧化能力。理論分析表明:這是由于Nd、Ga在液態(tài)金屬表面的“富集作用”,在金屬表面生成一層致密的(Sn,Ga/Nd)O復合氧化膜,從而阻止了氧化的繼續(xù)進行。進一步研究發(fā)現(xiàn),當Ga含量達到0.5wt%或Nd達到0.1wt%時,釬料合金的抗氧化性能最好,在銅板上的潤濕性能最佳。最后,基于微焊點是互連結構的載體,在研究確定了釬料合金最佳化學成分的基礎上,進一步研究了時效存儲對釬料合金焊點的力學性能的影響。研究了不同含量稀土Nd/Pr和Ga混合添加對回流焊以及時效條件下SAC微焊點抗剪強度的影響,并對時效過程中SAC-xNd、SACP-yGa/Cu焊點組織演變規(guī)律進行了深入研究,闡明了Nd和Ga的添加對SAC焊點力學性能以及組織的演變規(guī)律。綜合研究結果表明,微量Nd、Ga元素的添加不僅可以提高低銀SAC微焊點抗剪強度,還可以提高低銀SAC釬料焊點的可靠性,同時添加Pr、Ga亦得到了相似效果。在150℃時效過程中,焊點力學性能雖然隨著時效時間的增加呈現(xiàn)下降趨勢,但是仍然高于未添加Nd和Ga元素的低銀SAC微焊點抗剪強度。經過成分優(yōu)化研發(fā)的Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.1Nd、Sn-0.5Ag-0.7Cu-0.05Pr-0.5Ga釬料可以替代含銀3.0wt.%、3.8wt.%的Sn-3.0Ag-0.7Cu、Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料,具有良好的應用前景。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG425
【圖文】：

圖 1.1 倒裝芯片焊點與 BGA 焊點示意圖[7]通孔技術（Through Silicon Via, TSV）和銅柱凸點技術、微凸點技術的主要方式。如圖 1.2 所示為 Ankor 公司發(fā)布的采用微銅柱互連實現(xiàn)凸點的優(yōu)點在于：（1）熱導率高；（2）凸點尺寸精確、剛度好；（3）優(yōu)點。而圖 1.3 則展示了為由 Qualcomm 與 Ankor 發(fā)布的通過硅片 存儲微 MPGA 封裝結構示意圖，該結構的特點是通過硅片上直接打片之間的直接連接。具有連接路徑短、信號延遲少、精度更高等特點的直徑尺寸到 10 微米左右，依然可以采用錫互連技術實現(xiàn)芯片與接。論述可知，倒裝芯片以及凸點（焊球、銅柱）陣列，或 TSV 封裝為成可焊的陣列凸點、或是形成具有柔性連接作用的微錫層是封裝技錫層的回流，錫釬料與焊盤金屬發(fā)生冶金反應產生金屬間化合物yer, IMC）來形成連接，進而實現(xiàn)元器件等與電路板之間的相互連接了利用倒裝芯片技術與 BGA 球柵陣列技術構成的互連焊點。在電

南京航空航天大學博士學位論文，60%以上的器件失效原因都是由于焊點的失效引起的整體失效[8]。因是整個封裝體的薄弱環(huán)，往往利用焊點的壽命來代替封裝體的壽命研究

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 楊淼森;孫鳳蓮;鄒鵬飛;;低銀SnAgCuBi-xNi/Cu焊點塑性及蠕變性能[J];焊接學報;2014年03期

2 張亮;韓繼光;郭永環(huán);何成文;張劍;;含納米鋁顆粒SnAgCu釬料組織與性能[J];焊接學報;2013年06期

3 林金堵;吳梅珠;;無鉛的錫-銀-銅焊料的發(fā)展——第二代低銀含量SnAgCu體系[J];印制電路信息;2012年01期

4 張宇鵬;萬忠華;許磊;劉鳳美;楊凱珍;;元素摻雜的低銀SAC無鉛釬料綜合性能研究[J];材料工程;2010年10期

5 何鵬;呂曉春;張斌斌;馬鑫;錢乙余;;合金元素對Sn-57Bi無鉛釬料組織及韌性的影響[J];材料工程;2010年10期

6 胡麗;曾明;張業(yè)明;劉新剛;沈保羅;;Ag對Sn-Bi無鉛釬料壓入蠕變性能及顯微組織的影響[J];西華大學學報(自然科學版);2010年04期

7 張亮;薛松柏;曾廣;皋利利;陳燕;盛重;禹勝林;;鈰對SnAgCu釬料的顯微組織和性能影響[J];中國稀土學報;2009年02期

8 盧斌;朱華偉;黃歡;;Ge對Sn-0.3Ag-0.7Cu基無鉛釬料抗氧化性影響[J];熱加工工藝;2009年07期

9 王麗鳳;孫鳳蓮;劉曉晶;梁英;;Sn-Ag-Cu-Bi釬料合金設計與組織性能分析[J];焊接學報;2008年07期

10 李群;黃繼華;張華;趙興科;齊麗華;;Al對Sn-58Bi無鉛釬料組織及性能的影響[J];電子工藝技術;2008年01期

相關博士學位論文 前3條

1 皋利利;稀土Pr和Nd對SnAgCu無鉛釬料組織與性能影響研究[D];南京航空航天大學;2012年

2 王慧;微合金化對Sn-9Zn無鉛釬料釬焊性能影響及潤濕機理研究[D];南京航空航天大學;2010年

3 王儉辛;稀土Ce對Sn-Ag-Cu和Sn-Cu-Ni釬料性能及焊點可靠性影響的研究[D];南京航空航天大學;2009年

相關碩士學位論文 前2條

1 涂少軍;晶界改性制備高耐蝕性燒結釹鐵硼磁體[D];浙江大學;2009年

2 馬洪列;Sn-9Zn無鉛釬料助焊劑的研究[D];大連理工大學;2006年

本文編號：2738946