發(fā)布時間：2021-08-03 09:38

　　CuCGA互連通常被用于高頻率、高功率、高I/O的大芯片器件封裝以及高可靠性要求的航空、航天、軍用電子器件的封裝。針對CuCGA器件,現(xiàn)有植柱方法均是在借助不同形式的帶孔模具實現(xiàn)銅柱與焊盤的垂直對中的基礎(chǔ)上,加熱熔化焊盤上事先印刷的釬料膏實現(xiàn)銅柱一端與焊盤間的回流焊接。這種植柱方法可能引起模具通用性差、成本高,且焊點潤濕不良、產(chǎn)生氣孔等問題。因此研究CuCGA器件的植柱方式具有實際意義。本文提出了一種新的植柱方法,它借助微型鉆床夾持銅柱使之運動對中、旋轉(zhuǎn)并鉆進焊盤上回流焊獲得的釬料焊球中一定深度,借助期間摩擦進給的熱-機作用實現(xiàn)植柱連接。采用紫Cu柱、Sn63Pb37和SAC305為研究對象。研究了新植柱方式下焊點內(nèi)部顯微組織,并進一步對比新植柱方式回流后焊點內(nèi)部顯微組織,以及不同釬料焊點承受的拉脫載荷。研究發(fā)現(xiàn):1.Sn63Pb37焊點內(nèi)部不同截面顯微組織變化規(guī)律相同,根據(jù)組織形貌不同可將顯微組織分為4個區(qū)域。顯微組織均隨著距Cu柱距離增加依次呈現(xiàn)為細碎小塊狀、塊狀、指紋狀、圓環(huán)狀或放射狀。在焊點尺寸范圍內(nèi),細碎小塊狀范圍最小,塊狀和指紋狀占據(jù)的范圍比較大。新植柱方式回流后Sn63P... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

新植柱方式下焊點形貌

產(chǎn)生飛邊的時間約 3-4 s，但是最高的溫度仍低于釬料熔點，這一過程增加釬料塑性、降低釬料變形抗力，導(dǎo)致界面的氧化膜破碎，隨時間增加受壓力影響，釬料內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形及流動，Cu 柱及釬料之間的摩擦接觸，兩者之間的原子擴散、再結(jié)晶產(chǎn)生一種固相焊接方法的連接形式。在圖 3-2 中深灰色是 α-P相，淺灰色是 β-Sn 相。圖 3-2 a)區(qū)域 α-Pb 相組織呈細碎小塊狀，α-Pb 相在該區(qū)域最小尺寸約為 0.66×0.33 μm，最大尺寸約 2.97×2.64 μm，平均 α-Pb 相尺寸為2.31×1.65 μm。該區(qū)域組織受摩擦影響大，故定義該區(qū)域為摩擦影響區(qū)。a)摩擦影響區(qū) b)熱-機影響區(qū)

響區(qū)組織受溫度影響較大。圖 3-2 c)為應(yīng)力作用區(qū)，該區(qū)域由于距離 Cu 柱植入的位置較遠，隨摩擦?xí)r間增加，摩擦熱傳遞的比較慢，主要受應(yīng)力作用影響較多。從圖中可以看出，α-P相組織呈指紋狀，呈現(xiàn)這種形狀可能是由于 α-Pb 比較軟，受力擠壓而變扁，所以將該區(qū)域定義為應(yīng)力作用區(qū)。該區(qū)域組織范圍在 X 軸方向的長度 110-745 μm約占總長度 74.5 %，這個區(qū)域的長度約是摩擦影響區(qū)長度的 13.5 倍，約是熱機影響區(qū)的 7 倍，應(yīng)力作用區(qū)和圖 3-2 d)為母材區(qū)域長度范圍相比，這個區(qū)域也是整個釬料不同位置處于范圍最廣的區(qū)域。圖 3-2 d)為母材，該區(qū)域由于距離Cu 柱植入的位置最遠，隨摩擦?xí)r間增加，摩擦熱傳遞的慢，組織形貌與尺寸大小受摩擦熱影響因素小，且受機械振動、壓力等因素影響較小。由于受熱-機作用影響小，所以把該區(qū)域定義為母材。該區(qū)域組織范圍在 X 軸方向的長度約為745-1200 μm，約占總長度 29.5 %，與應(yīng)力作用區(qū)相比，應(yīng)力作用區(qū)的長度是此區(qū)域的 2.5 倍。在母材區(qū)域中 0.5-1 μm 寬度的 α-Pb 相呈不封閉的圓環(huán)狀或放射狀分布于 β-Sn 基體中。由此可見，應(yīng)力作用區(qū)長度最長，其次是母材區(qū)，熱機影響區(qū)比母材區(qū)長度范圍稍短，摩擦影響區(qū)長度范圍最短。利用掃描電鏡測試分析焊點內(nèi)部組織，分析結(jié)果如圖 3-3 和圖 3-4 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]CCGA焊柱加固工藝技術(shù)研究[J]. 毛沖沖,吉勇,李守委,明雪飛.  電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗. 2017(01)
[2]Cu/Sn界面固-液反應(yīng)的擴散-溶解模型研究[J]. 賴忠民,葉丹.  江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(01)
[3]銅柱柵陣列互連結(jié)構(gòu)的剪切行為[J]. 趙智力,徐希銳,孫鳳蓮,楊建國.  焊接學(xué)報. 2015(04)
[4]微電子組(封)裝技術(shù)的新發(fā)展[J]. 龍緒明,羅愛玲,賀海浪,劉明曉,曹宏耀,董健騰,呂文強,胡少華.  電子工業(yè)專用設(shè)備. 2014(09)
[5]微電子封裝技術(shù)及發(fā)展趨勢綜述[J]. 關(guān)曉丹,梁萬雷.  北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2013(01)
[6]無鉛BGA焊接工藝方法研究[J]. 杜爽,徐偉玲.  宇航材料工藝. 2012(06)
[7]微電子封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢[J]. 張力元.  云南科技管理. 2012(04)
[8]低應(yīng)力柔性CCGA焊點設(shè)計及其可靠性預(yù)測[J]. 趙智力,孫鳳蓮,王麗鳳,田崇軍.  焊接學(xué)報. 2012(01)
[9]淺析未來微電子封裝技術(shù)發(fā)展趨勢[J]. 李榮茂,陸建勝.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2011(36)
[10]影響B(tài)GA封裝焊接技術(shù)的因素研究[J]. 王永彬.  電子工藝技術(shù). 2011(03)

碩士論文
[1]SAC305-納米Cu復(fù)合焊膏微觀組織及力學(xué)性能研究[D]. 辛瞳.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[2]鎳納米顆粒對低銀釬料的性能影響[D]. 高源.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]BGA封裝的可靠性模擬與實驗驗證[D]. 薛明陽.華南理工大學(xué) 2013
[4]高密度大尺寸CCGA二級封裝可靠性分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計[D]. 陳瑩磊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[5]無鉛回流焊冷卻速率對焊點質(zhì)量的影響[D]. 徐波.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3319390