微互連界面化合物生長(zhǎng)規(guī)律及Mn對(duì)SnAgCu焊料合金性能影響.pdf

1、微互連界面化合物生長(zhǎng)規(guī)律及Mn對(duì)SnAgCu焊料合金性能影響重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：蒲亞運(yùn)指導(dǎo)教師：沈駿教授專(zhuān)業(yè)：材料科學(xué)與工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二O一五年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要隨著電子產(chǎn)品輕薄化、微型化以及功能集成化的飛速發(fā)展，電子封裝產(chǎn)業(yè)在此大環(huán)境下對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的高性能、高可靠的要求也日益提高。在電子產(chǎn)品的服役過(guò)程中，焊點(diǎn)界面承擔(dān)著可靠性連接核心部位的角色，不斷地受到來(lái)源于外部、

2、內(nèi)部電載荷、熱作用的沖擊。因此，作為整個(gè)釬焊結(jié)構(gòu)唯一的冶金結(jié)合產(chǎn)物，界面金屬間化合物（IntermetallicCompound，IMC）的生長(zhǎng)行為與形貌演變規(guī)律的探究變得尤為重要。界面金屬間化合物的形貌、厚度以及缺陷直接決定著整個(gè)電子系統(tǒng)的服役可靠性和使用壽命。因此，本文以焊Sn、Sn3Ag0.5Cu焊料與Cu襯底基板為研究對(duì)象，研究了在空冷和水冷條件下界面IMC的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與晶粒尺寸演變規(guī)律，以及界面IMC厚度與焊點(diǎn)熱導(dǎo)率之間的關(guān)系

3、，并就此展開(kāi)了深入的分析討論。全文的主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下：本文通過(guò)對(duì)釬焊過(guò)程實(shí)施空冷、水冷條件，研究了焊點(diǎn)界面處IMC粒徑分布與形貌生長(zhǎng)特性規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在相同時(shí)間條件下，水冷條件下Cu6Sn5相的生長(zhǎng)動(dòng)力指數(shù)小于空冷條件下的生長(zhǎng)動(dòng)力指數(shù)。并且水冷條件下最終形成的顆粒平均直徑小于空冷條件下的晶粒平均直徑，這是由于相比空冷條件，水冷條件下Cu6Sn5相缺少了一個(gè)冷卻凝固過(guò)程中從液相焊Sn中析出于Cu6Sn5頂部前沿的生長(zhǎng)過(guò)程。界面Cu

4、6Sn5相形成小面棱形形貌主要是冷卻過(guò)程中的激冷導(dǎo)致的焊點(diǎn)中心部位到邊緣位置上巨大的能量梯度，從而影響Cu6Sn5相的長(zhǎng)大所需的能量而形成的形貌上的差異。界面處Cu6Sn5相形核后的生長(zhǎng)過(guò)程可以歸結(jié)為：競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)（垂直于基板方向）→均勻生長(zhǎng)（平行于基板方向）→競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)（垂直于基板方向）→均勻生長(zhǎng)（平行于基板方向）。本文通過(guò)測(cè)量不同時(shí)效溫度、不同時(shí)效時(shí)間下焊點(diǎn)的熱導(dǎo)率，研究了界面IMC厚度增長(zhǎng)與焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率變化的內(nèi)在聯(lián)系。研究表明，相同溫

5、度下時(shí)效后，接頭的熱導(dǎo)率隨著時(shí)效時(shí)間的增加而減??；相同時(shí)效時(shí)間下，接頭的熱導(dǎo)率隨著時(shí)效溫度的增加而減小。主要原因?yàn)镮MC厚度的增加導(dǎo)致接頭整體導(dǎo)熱性能的下降。XRD衍射結(jié)果顯示，純Cu基板在4種時(shí)效溫度及4種時(shí)效時(shí)間下均只形成了Cu6Sn5相，并無(wú)Cu3Sn相的形成。從而確保了IMC厚度演變過(guò)程中界面相的單一性，并未有第二相或者是其他因素的干擾。本文通過(guò)在SAC焊料中添加Mn微米粉末以制備新型焊料合金，研究了合金元素對(duì)焊料合金的凝固、熱