喷射钎料球键合接头成型特征研究

摘要

喷射钎料球键合能实现超小间距和柔性化的微电子互连，具有极好的应用前景。但是，其复杂的成型过程极易导致焊点缺陷的产生。同时，国内外在这一方面的研究较少，对键合过程接头成型的本质特征尚不明了，限制了这项技术的广泛应用。
　　本课题的研究目的在于从根本上分析喷射钎料球键合接头的成型过程与焊点缺陷的产生原因，为实际生产中控制焊点形态提供理论和实验依据。
　　本文基于应用喷射钎料球键合技术实现硬盘磁头与飞机仔互连的工艺过程，以分析润湿铺展过程和凝固过程为核心，探索了喷射钎料球键合接头的成型特征。主要研究内容包括以下几个方面：
　　(1)利用高速摄影拍摄了钎料熔滴的喷射过程，并计算了喷射速度。结果表明，熔滴接触焊盘瞬间的撞击速度达2~3m/s。
　　(2)分析了钎料润湿铺展过程及各个阶段的润湿特征。结果表明，钎料润湿铺展过程包括三个阶段：第一阶段是熔滴接触焊盘瞬间的扁平变形；第二阶段是以磁头焊盘为主的润湿铺展；第三阶段是以飞机仔焊盘为主的润湿铺展。钎料在两侧焊盘的异步铺展是其不同的热传导特征造成的。
　　(3)采用扫描电镜及俄歇谱仪分析了润湿前沿富Au区的金属间化合物组成，进而分析了“晕环”的形成原因及界面“液/固”线特征，揭示了Au-Sn瞬间反应润湿行为。
　　(4)结合焊点表面“台阶”的材料组成和形成原因的详细分析，建立了焊点凝固过程模型。实验表明，不同的工艺条件和材料条件下“台阶”具有不同形态。“台阶”的形成是接头可靠性的潜在隐患。
　　(5)分析了焊盘条件和工艺条件对润湿铺展的影响。焊盘条件包括表面粗糙度、表面有机物残留、Ni、Ti、Fe等异质元素存在及焊盘镀层厚度等；工艺条件包括激光参数和氮气压力等。
　　本文的实验结果和理论分析揭示了喷射钎料球键合接头成型的本质特征，并分析了影响接头成型的各种因素。研究结果对实际生产中焊点的缺陷控制、失效分析和工艺改进具有积极的指导意义。

目录

喷射钎料球键合接头成型特征研究

FORMING CHARACTERISTICS OF SOLDER JOINT THROUGH JETTING SOLDER BALL BONDING

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 相关领域研究现状综述

1.3 本文主要研究内容

第2章 J-SBB工艺的润湿铺展行为

2.1 引言

2.2 实验材料、工艺、设备与方法

2.3 实验结果与分析

2.4 喷射钎料球键合Sn基钎料在Ni/Au焊盘上的瞬间润湿

2.5 本章小结

第3章 J-SBB焊点凝固过程与表面“台阶”现象

3.1 引言

3.2 常规激光重熔键合工艺

3.3 焊点表面形态与“台阶”附近的材料学分析

3.4 “台阶”的形成原因与焊点凝固过程分析

3.5 “台阶”对焊点可靠性的影响

3.6 本章小结

第4章 影响J-SBB钎料润湿铺展的因素

4.1 引言

4.2 润湿性评价方法

4.3 润湿铺展不良焊点的失效分析方法

4.4 焊盘条件对润湿铺展的影响

4.5 工艺条件对润湿铺展的影响

4.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢