QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺研究

摘要

由于QFP引线宽度越来越小，以及无铅钎料应用日益普遍，采用传统的红外再流焊技术进行钎焊连接越来越力不从心。作为一项新兴的钎焊连接技术，半导体激光钎焊能有效避免桥连缺陷的产生，提高焊点强度，因此应用领域日益扩大。 本文研究了激光钎焊工艺对QFP元器件焊点力学性能的影响规律。选取Sn-Ag-Cu无铅钎料，使用半导体激光软钎焊系统对QFP100器件进行钎焊试验。试验结果表明：选用Sn-Ag-Cu焊膏进行激光钎焊试验，输出功率为38.3W，扫描速度为2mm/s时，钎焊焊点的外观良好，力学性能最为优良，无虚焊以及桥连缺陷的产生。对比Sn-Pb钎料焊点，Sn-Ag-Cu钎料焊点平均拉伸力更大，数据稳定，可靠性更高。 通过改变激光输出功率，分析显微组织随激光输出功率变化的规律。结果表明：随着激光输出功率的增大，显微组织逐渐优化。当激光输出功率38.3W时，焊点组织均匀，晶粒细小，同时避免了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的过度生长，在钎料/基板界面处形成了厚度适中的金属间化合物层。此时，断口具有显著的韧窝形貌，断裂方式属于韧性断裂。当功率进一步增大时，金属间化合物进一步长大，导致断口韧窝大小不均，甚至出现了舌状花样，与之相对应，焊点的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂。 对激光钎焊QFP器件进行热循环试验研究，并利用STR-1000微焊点强度测试仪对QFP微焊点强度进行测试，研究不同循环次数下QFP100器件焊点力学性能的变化规律。结果表明：随着热循环次数的增加，QFP微焊点拉伸力呈现明显下降趋势，焊点的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂。 本文针对QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺所进行的系统、深入的研究，为半导体激光无铅钎焊的应用提供了理论依据和数据支持。