SAC305/Cu微焊点界面显微组织变化研究

摘要

随着电子封装技术及封装材料的发展，Sn-Ag-Cu系合金因其较低的熔点及较高的可靠性能等特点，目前已被公认为传统钎料的最佳替代品并取得了实际应用。为了满足电子产品微型化的需求，电子封装中用于连接芯片和基板的焊球尺寸也不断缩小。因此，在长期服役过程中，由于焊点尺寸变小及焊点老化而引起的元器件可靠性问题成为该领域研究人员关注的焦点。
　　本论文研究焊点尺寸、等温时效及镍镀层对SAC305/Cu微焊点界面间化合物演变及镍镀层消耗速率的影响。实验选用Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料球，直径分别为200μm、300μm、400μm、500μm，分别在铜盘和镀镍铜盘上进行焊接，然后在100℃、130℃、160℃下分别时效0h、72h、144h、216h、360h后进行分析。
　　研究结果表明:SAC305/Cu焊点界面IMC呈现较明显的尺寸效应，小尺寸焊点界面凹凸不平，化合物形貌为椭球形，晶粒尺寸较大且比较稀疏;随着焊点尺寸的增加，化合物晶粒尺寸明显变小，界面IMC层变的平整均匀。焊点尺寸越大，界面IMC层厚度越薄;界面IMC的生长速率也越小。
　　时效温度对SAC305/Cu微焊点界面IMC影响的研究结果表明，随着时效温度的升高，界面IMC层厚度及生长速率均不断增大。时效时间越长，界面化合物层厚度越大，在回流焊后至时效72h，界面IMC层厚度增长的最快，界面IMC生长速率先是急剧增大，之后逐渐趋于平缓。在三个时效温度下，从回流焊后至时效216h，焊点界面IMC为Cu6Sn5化合物，当时效时间超过360h时，界面处有少量的Cu3Sn化合物生成。
　　镍镀层对SAC305/Cu焊点界面IMC影响显著。钎料与镀镍铜盘反应生成的界面IMC的类型主要为(Cu，Ni)6Sn5化合物，时效一段时间以后，有一层较薄的(Cu，Ni)3Sn和少量的Ag3Sn化合物生成。界面IMC形貌由原来的致密平整变的凹凸不平，成锯齿状。镍镀层对焊点界面IMC生长有明显的抑制作用，即降低界面IMC生长速率，使IMC层厚度变薄。不论焊点大小，回流焊及时效后，焊盘镍镀层剩余厚度均减薄。对于焊点尺寸的影响而言，回流焊后，焊点尺寸越大，剩余镍镀层厚度越薄;时效后，焊点尺寸越大，剩余镍镀层厚度越厚。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 微电子封装及无铅钎料的研究现状

1．2．1 微电子封装的研究现状

1．2．2 微电子封装的方法与发展趋势

1．2．3 无铅钎料的研究现状

1．3 微焊点界面反应研究现状

1．3．1 时效对界面反应的影响

1．3．2 镍镀层对界面反应的影响

1．4 微焊点尺寸效应研究现状

1．5 本论文的研究意义及研究内容

第2章 实验材料及分析方法

2．1 引言

2．2 实验材料的选择

2．3 焊点及金相试样的制备

2．4 实验结果分析方法

2．5 本章小结

第3章 焊点尺寸对Sn-3．0Ag-0．5Cu／Cu焊点界面IMC影响

3．1 引言

3．2 焊点尺寸对界面IMC形貌的影响

3．3 焊点尺寸对界面IMC厚度及生长速率的影响

3．4 本章小结

第4章 时效对Sn-3．0Ag-0．5Cu／Cu焊点界面IMC影响

4．1 引言

4．2 时效对界面IMC形貌和类型的影响

4．3 时效对界面IMC层厚度的影响

4．4 时效对界面IMC生长速率的影响

4．4．1 时效时间的影响

4．4．2 时效温度的影响

4．5 本章小结

第5章 镍镀层对Sn-3．0Ag-0．5Cu／Cu焊点界面IMC影响

5．1 引言

5．2 镍镀层对焊点界面IMC形貌及类型的影响

5．2．1 镍镀层对界面IMC形貌的影响

5．2．2 镍镀层对界面IMC类型的影响

5．3 镍镀层对焊点界面IMC生长的影响

5．3．1 镍镀层对IMC层厚度的影响

5．3．2 镍镀层对IMC生长速率的影响

5．4 时效对镍镀层消耗速率的影响

5．5 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

致谢