本文關(guān)鍵詞：無鉛釬料接頭界面化合物層生長及元素擴散行為，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向微、薄、輕方向發(fā)展，電子器件的I／O端口數(shù)不斷增多，焊點體積不斷減小，焊點的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。焊點的可靠性主要取決于其界面行為。因此釬焊過程和服役過程中界面的反應(yīng)、擴散以及界面的微觀組織對當(dāng)前無鋁釬料可靠性研究具有重大意義。 本文采用Sn-3.5Ag／Cu，Sn-37Pb／Cu，Sn-9Zn-3Bi／Cu和Sn-3.5Ag／Ni／Cu四種釬焊接頭研究其在釬焊過程和時效過程中界面化合物層的生長行為及元素擴散行為，研究結(jié)果表明： (1)對于Sn-3.5Ag／Cu，Sn-37Pb／Cu釬焊接頭，釬焊后的界面化合物呈扇形形貌。在Sn-3.5Ag／Cu界面化合物的表面上發(fā)現(xiàn)有納米級的Ag_3Sn顆粒。在釬焊過程中Sn-3.5Ag／Cu和Sn-37Pb／Cu界面Cu-Sn化合物層厚度隨釬焊時間的增加而增加。實際上，在化合物層的生長過程中同時也伴隨著溶解過程，由于其生長速度大于溶解速度，化合物層厚度隨釬焊時間的增加而增加。并且發(fā)現(xiàn)Sn-3.5Ag／Cu在釬焊過程中所形成的IMC厚度比Sn-37Pb的薄，主要原因是Sn-3.5Ag／Cu界面IMC向液態(tài)釬料中的溶解大于Sn-37Pb／Cu的。在時效過程中Sn-3.5Ag／Cu和Sn-37Pb／Cu界面化合物層厚度與時效時間的平方根成正比，可用方程d=d_0+(Kt)~(1/2)來表示。通過計算，Sn-3.5Ag／Cu界面整個IMC和Cu_6Sn_5化合物的激活能分別為75.16 kJ／mol，58.59 kJ／mol；Sn-37Pb／Cu界面整個IMC和Cu_6Sn_5化合物的激活能分別為82.19 kJ／mol，73.11 kJ／mol。 (2)對于Sn-3.5Ag／Ni／Cu，，釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu)。在界面IMC上同樣發(fā)現(xiàn)有納米級Ag_3Sn顆粒。釬焊過程中界面化合物層生長符合t~(1／6)規(guī)律。界面IMC在時效過程中的生長動力學(xué)符合x=(Kt)~(1／2)關(guān)系。在釬焊及時效過程中界面化合物主要是Ni_3Sn_4化合物，說明電鍍Ni層能很好的抑制Sn-3.5Ag／Cu焊點中Cu，Sn相互反應(yīng)和擴散。通過計算，Sn-3.5Ag／Ni／Cu界面化合物的擴散激活能為132.404KJ／mol，比Cu_6Sn_5的激活能(58.95 KJ／mol)大得多，表明Ni_3Sn_4的生長速度在低溫時效時比Cu_6Sn_5的慢，而在高溫時效時比Cu_6Sn_5的快。 (3)對于Sn-9Zn-3Bi／Cu，釬焊后的界面化合物形貌為層狀結(jié)構(gòu)。釬焊過程中界面化合物層生長符合t~(1／6)規(guī)律。在釬焊過程中形成的Cu-Zn化合物層在時效過程中不穩(wěn)定。在170℃下時效至200 h后在界面處形成單一連續(xù)的Cu_5Zn_8化合物層；而時效至500 h和1000 h后，界面處形成了三層化合物層(從Cu母材側(cè)起，分別為Cu-Sn化合物層，Cu-Zn化合物層和Sn-Cu化合物層)，Cu-Zn化合物層在時效過程中的不穩(wěn)定將會影響接頭在服役條件下的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：無鉛釬料 顯微結(jié)構(gòu) 界面反應(yīng) 金屬間化合物 釬焊 時效
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TG407
【目錄】：

• 第一章 緒論10-23
• 1.1 微電子封裝技術(shù)的發(fā)展10-13
• 1.1.1 微電子封裝技術(shù)定義10
• 1.1.2 微電子封裝技術(shù)的發(fā)展10-13
• 1.1.2.1 倒裝焊技術(shù)11-12
• 1.1.2.2 球陣列封裝12-13
• 1.1.2.3 SMT焊接基板材料簡介13
• 1.2 釬料在微電子封裝技術(shù)中的應(yīng)用13-14
• 1.3 無鉛釬料的發(fā)展與應(yīng)用背景14-19
• 1.3.1 無鉛釬料研究的驅(qū)動力14-15
• 1.3.2 無鉛釬料的技術(shù)要求15
• 1.3.3 無鉛釬料的成分設(shè)計15-17
• 1.3.4 無鉛釬料焊點的可靠性17-18
• 1.3.5 無鉛釬料的推廣應(yīng)用需解決的問題18-19
• 1.4 表面貼裝過程中的焊接金屬學(xué)19-22
• 1.4.1 釬料對基體金屬的潤濕19-20
• 1.4.2 釬料和基體金屬之間的相互作用20-22
• 1.4.2.1 不同釬料和基體金屬之間可能形成的金屬化合物20
• 1.4.2.2 研究釬料與基體金屬之間界面反應(yīng)的重要性20-22
• 1.5 論文選題及研究內(nèi)容22-23
• 第二章 共晶SnPb釬料和基體Cu在釬焊反應(yīng)過程中界面處金屬間化合物生長的擴散模型23-36
• 2.1 概述23
• 2.2 K.N.Tu模型23-27
• 2.3 M.Schaefer模型27-32
• 2.4 界面Cu-Sn IMC生長模型的進(jìn)一步完善32-36
• 2.4.1 釬焊過程中Cu-Sn IMC的生長過程32-34
• 2.4.1.1 Cu-Sn IMC的生長階段32-34
• 2.4.1.2 Cu-Sn IMC生長的驅(qū)動力34
• 2.4.2 釬焊過程中Cu-Sn IMC的溶解過程34-35
• 2.4.3 小結(jié)35-36
• 第三章 Sn-3.5Ag／Cu和Sn-Pb／Cu接頭在釬焊及時效過程中界面處金屬間化合物的生長行為36-51
• 3.1 概述36
• 3.2 實驗方法36-38
• 3.2.1 合金制備與釬焊方法36-37
• 3.2.1.1 合金制備36
• 3.2.1.2 釬焊工藝36-37
• 3.2.2 時效樣品的制備37
• 3.2.3 用于組織結(jié)構(gòu)分析的試樣的制備37-38
• 3.2.3.1 金相試樣的制備37-38
• 3.2.3.2 掃描電子顯微鏡試樣的制備38
• 3.3 研究結(jié)果38-49
• 3.3.1 SnAg／Cu和SnPb／Cu在釬焊過程中界面顯微結(jié)構(gòu)38-41
• 3.3.2 Cu-Sn IMC在釬焊過程中的生長動力學(xué)41-44
• 3.3.2.1 Cu-Sn IMC在釬焊過程中的生長行為41-42
• 3.3.2.2 Cu-Sn IMC在釬焊過程中的溶解42-44
• 3.3.3 SnAg／Cu和SnPb／Cu在時效過程中界面顯微結(jié)構(gòu)44-46
• 3.3.4 IMC在時效過程中的生長行為46-48
• 3.3.5 金屬間化合物生長的激活能48-49
• 3.4 小結(jié)49-51
• 第四章 Sn-3.5Ag釬料與電鍍Ni層之間在釬焊和時效過程中的顯微結(jié)構(gòu)和界面反應(yīng)51-66
• 4.1 概述51
• 4.2 實驗方法51-52
• 4.2.1 合金制備與釬焊方法51-52
• 4.2.2 時效樣品的制備52
• 4.2.3 用于組織結(jié)構(gòu)分析的試樣的制備52
• 4.2.3.1 金相試樣的制備52
• 4.2.3.2 掃描電子顯微鏡試樣的制備52
• 4.2.3.3 電子探針試樣的制備52
• 4.2.3.4 X射線試樣的制備52
• 4.3 研究結(jié)果52-65
• 4.3.1 在釬焊過程中Sn-3.5Ag／Ni／Cu界面化合物的顯微結(jié)構(gòu)52-56
• 4.3.2 Sn-3.5Ag／Ni／Cu界面化合物在釬焊過程中的生長動力學(xué)56
• 4.3.3 Sn-3.5Ag／Ni／Cu在時效過程中的界面反應(yīng)和顯微結(jié)構(gòu)56-63
• 4.3.4 在時效過程中Sn-3.5Ag／Ni／Cu界面化合物層的生長動力學(xué)63
• 4.3.5 Ni_3Sn_4化合物生長的激活能63-65
• 4.4 小結(jié)65-66
• 第五章 Sn-9Zn-3Bi／Cu界面在釬焊和時效過程中顯微結(jié)構(gòu)的演變66-78
• 5.1 概述66
• 5.2 實驗方法66-67
• 5.2.1 合金制備與釬焊方法66-67
• 5.2.1.1 合金制備66-67
• 5.2.1.2 釬焊工藝67
• 5.2.2 時效樣品的制備67
• 5.2.3 用于組織結(jié)構(gòu)分析的試樣的制備67
• 5.3 研究結(jié)果67-76
• 5.3.1 Sn-9Zn-3Bi／Cu在釬焊過程中的顯微結(jié)構(gòu)67-70
• 5.3.2 Sn-9Zn-3Bi／Cu在釬焊過程中界面處金屬間化合物層厚的變化規(guī)律70
• 5.3.3 Sn-9Zn-3Bi／Cu時效后的界面顯微結(jié)構(gòu)70-74
• 5.3.4 Sn-9Zn-3Bi／Cu在時效過程中界面處金屬間化合物層厚的變化規(guī)律74-76
• 5.4 小結(jié)76-78
• 第六章 總結(jié)78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 攻讀碩士期間的論文發(fā)表情況84-85
• 致謝85-86
• 附錄86-90

【引證文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 程從前;趙杰;楊朋;朱鳳;;Sn-3Ag/Cu接頭在釬焊和時效中IMC的生長和晶體取向分析[J];材料熱處理學(xué)報;2006年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 孫鵬;電子封裝中無鉛焊點的界面演化和可靠性研究[D];上海大學(xué);2008年

2 劉曉英;Sn基復(fù)合無鉛釬料的研究[D];大連理工大學(xué);2010年

3 蔣淑英;Al/Fe、Al/Ni、Al/Ti液/固界面擴散溶解層研究[D];中國石油大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 葛文君;無鉛藥芯焊錫絲用無鹵素助焊劑的研究[D];天津大學(xué);2010年

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3 楊朋;強磁場對錫銅金屬間化合物生長行為的研究[D];大連理工大學(xué);2006年

4 胡志田;添加元素對Sn基無鉛釬料工藝性能及接頭區(qū)界面行為的影響[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

5 梁英;SnAgCuBi系無鉛焊料的開發(fā)及其焊點界面行為的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2006年

6 王建輝;Sn-Zn-Cu（Ni）無鉛釬料及其釬焊接頭界面反應(yīng)研究[D];大連理工大學(xué);2006年

7 楊志;新型Sn-Ag-Bi-Cu-In釬料合金研究[D];昆明理工大學(xué);2006年

8 王要利;RE對低銀SnAgCu焊點蠕變及時效特性的影響[D];河南科技大學(xué);2007年

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10 孫立恒;微量Ni、Re對Sn0.7Cu無鉛焊料性能的影響[D];西安理工大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：無鉛釬料接頭界面化合物層生長及元素擴散行為，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：350661