无铅钎料激光软钎焊润湿性机理的研究

论文摘要

激光喷射钎料球实现焊点的互连接技术是一种追求新颖、小型化以及高性能互连接行为而发展起来的一种新技术。本文主要目的是针对激光喷射钎料球在成型过程中产生的种种缺陷来进行实验分析,了解其产生的原因及如何优化来实现指导实际生产的目的。本文基于焊点成型的过程,采用对比实验的方法研究并分析了Au-Sn反应性润湿特点及影响润湿铺展的因素,主要内容如下:（1）激光加热条件下钎料与焊盘发生了两种界面反应,一个是Au向钎料中的快速溶解;另一个是Au-Sn化合物的生成。Au在熔融钎料中的溶解速度非常快,因此液滴与焊盘接触初期,一旦熔融钎料与Au镀层接触,Au就开始向钎料中溶解,当界面处的Au元素达到溶解极限后,就形成了Au-Sn化合物相。同时对润湿前沿金属间化合物进行了SEM/EDX分析,润湿前沿出现了明显的富Au区,Au在界面中心和润湿前沿的溶解速度和程度不同,Au的迅速溶解以及界面处熔融钎料迅速向前流动是Au向润湿前沿聚集的主要因素。（2）利用不同UBM镀层厚度在不同激光能量作用下的对比实验,得到了激光能量是影响焊点形态的最主要因素;当在同一激光能量下,Au/Ni/Cu焊盘各层的厚度对润湿铺展有所影响,其中Ni层相对有很差的热传导能力,温度更容易集中,且Ni层越厚,传导能力就会越差,温度集中的效果就会越好,润湿效果就会更好一些,而Cu层则由于其具有很高的导热性能,Cu层越厚,导热能力越强,反应在钎料上就是温度损失的越多,减少了润湿铺展的趋动力,从而抑制了润湿铺展。最终,通过一系列对比实验,优化出一组Au/Ni/Cu（1.35μm/2.0μm/12μm）焊盘,并用于了实际生产中。（3）分析了焊盘条件及工艺条件对润湿铺展的影响,其中包括:焊盘表面粗糙度,表面异质元素,氮气压力等。因此,改善焊盘及其UBM的热传导条件,调节恰当的激光能量,并配以合适的工艺条件将对焊盘两侧润湿铺展缺陷大大改善。本文的研究结果对指导实际生产中的焊点的缺陷、失效分析和工艺改进具有积极的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外相关领域发展现状
• 1.2.1 激光作用下钎料与焊盘的界面反应行为
• 1.2.2 反应性润湿行为
• 1.2.3 反应润湿过程阶段特征研究
• 1.3 焊点凝固收缩时的缺陷及影响润湿铺展的因素
• 1.3.1 体积收缩引起的焊点缺陷
• 1.3.2 影响钎料润湿铺展的因素
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 实验基础及分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备，材料及表面分析方法
• 2.2.1 实验材料与实验设备
• 2.2.2 样品表面分析
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 不同激光能量下的焊点形态
• 2.3.2 钎料与Au/Ni/Cu焊盘的界面反应
• 2.3.3 润湿前沿金属间化合物的分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 不同焊盘镀层厚度对润湿铺展的影响
• 3.1 引言
• 3.2 钎料润湿铺展过程分析
• 3.3 不同UBM镀层厚度的对比实验
• 3.4 本章小结
• 第4章 影响焊点润湿铺展的因素
• 4.1 引言
• 4.2 焊盘条件对润湿铺展的影响
• 4.2.1 焊盘表面异质元素对润湿铺展的影响
• 4.2.2 焊盘表面粗糙度对润湿铺展的影响
• 4.3 氮气压力对润湿铺展的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢