Sn 5 Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)微焊点连接性及高温响应机理研究
发布时间：2024-02-29 01:06
随着第三代半导体功率器件的广泛应用,对电子器件封装工艺及微焊点力学性能提出了更高的要求。其中,微焊点抗疲劳及抗蠕变性能的提高对微焊点可靠性的提升至关重要。本文以焊点的抗高温性能为研究目标,通过与Sn-5Sb钎料对比研究微量添加元素Cu、Ni、Ag的作用并分析影响机理。同时与SAC305进行比较,从剪切强度、塑性、抗蠕变、硬度、弹性模量等力学性能方面综合评价新钎料的性能,为研发高性能高温无铅钎料提供依据及理论支撑。对三种Sn5Sb-x Cu Ni Ag钎料进行焊接性的研究,包括不同温度、润湿时间以及助焊剂对润湿性能的影响。对比Sn-5Sb钎料,分析微量元素影响润湿性的机理。分析了Cu基板和Ni(Cu)基板上的微焊点界面IMC层在不同温度时效过程中的生长及演变。对时效后的微焊点进行剪切实验,获得微焊点连接强度及分析微量元素的作用机理。通过纳米压痕测试法研究Sn5Sb-x Cu Ni Ag/Cu,Sn-5Sb/Cu,SAC305/Cu三种微焊点体钎料在不同时效时间后的硬度、弹性模量。研究了在不同温度下微焊点体钎料的硬度、弹性模量、塑性因子。从焊点体...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 无铅互连技术的研究现状
1.2.1 高温钎焊
1.2.2 低温扩散烧结
1.2.3 固液互扩散连接
1.2.4 瞬时液相连接
1.3 回流焊用高温钎料的研究现状
1.3.1 高Pb合金
1.3.2 Au基合金
1.3.3 Bi-Ag系合金及Bi基钎料
1.3.4 Zn基合金
1.3.5 复合钎料研究现状
1.4 高温钎焊的Sn-Sb基合金研究现状
1.5 目前研究中存在的问题
1.6 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 试验条件与方法
2.1 钎料合金的制备
2.1.1 钎焊材料的熔炼
2.1.2 钎料小球的准备
2.2 钎料润湿性测试
2.2.1 测试原理
2.2.2 测试步骤
2.3 焊点抗热时效实验
2.3.1 焊点制备及时效实验
2.3.2 焊点微观组织分析
2.4 焊点剪切实验
2.4.1 实验材料及样品制备
2.4.2 焊点剪切实验
2.5 变温下压入塑性和蠕变性能测试实验
2.5.1 实验条件
2.5.2 纳米压痕法测试蠕变性能的原理
2.5.3 微型加热装置
2.6 本章小结
第3章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)润湿性研究
3.1 引言
3.2 助焊剂的影响
3.3 温度及润湿时间对SSn5Sb-xCuNiAg润湿性的影响
3.3.1 温度对润湿性的影响
3.3.2 润湿时间对润湿性的影响
3.4 微量元素对Sn5Sb-xCuNiAg钎料润湿性的影响
3.5 本章小结
第4章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)界面表征及动力学分析
4.1 引言
4.2 Cu基板上微焊点界面IMC演变分析
4.2.1 界面IMC形貌演变
4.2.2 界面元素的扩散
4.3 Ni(Cu)基板上焊点界面IMC演变
4.3.1 界面IMC形貌演变
4.3.2 界面元素扩散
4.4 时效中微焊点界面IMC生长本构模型
4.4.1 Cu基板上微焊点界面IMC生长模型
4.4.2 Ni(Cu)基板上微焊点界面IMC生长模型
4.5 镍层对SSn5Sb-xCuNiAg/Ni(Cu)焊点界面IMC演变的影响
4.6 本章小结
第5章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)焊点剪切力学行为及断裂机理
5.1 引言
5.2 高温时效与微焊点的断裂行为
5.2.1 时效时间对剪切强度的影响
5.2.2 时效时间对断裂模式的影响
5.2.3 时效时间对断裂位置的影响
5.2.4 时效时间对塑性的影响
5.3 高温时效与Ni(Cu)基板上微焊点断口的相关性
5.3.1 时效时间对剪切强度的影响
5.3.2 时效时间对断裂模式及塑性的影响
5.3.3 镀镍层对微焊点断裂机理的影响
5.4 微量元素对微焊点剪切强度和塑性的影响机理
5.4.1 Cu基板上的影响机理
5.4.2 Ni(Cu)基板上的影响机理
5.5 本章小结
第6章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu微焊点压入塑性及抗高温蠕变机理
6.1 引言
6.2 高温时效后常温下压入力学行为
6.2.1 硬度随时效相关性
6.2.2 弹性模量随时效相关性
6.3 原位压入力学性能与实时温度的相关性
6.3.1 硬度随温度的变化
6.3.2 弹性模量随温度的变化
6.3.3 塑性因子随温度的变化
6.4 微焊点高温蠕变性能分析
6.4.1 纳米压痕法测试蠕变性能的应用
6.4.2 不同成分组成的微焊点蠕变性能
6.4.3 微量元素的作用及蠕变机理
6.5 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3914255
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 无铅互连技术的研究现状
1.2.1 高温钎焊
1.2.2 低温扩散烧结
1.2.3 固液互扩散连接
1.2.4 瞬时液相连接
1.3 回流焊用高温钎料的研究现状
1.3.1 高Pb合金
1.3.2 Au基合金
1.3.3 Bi-Ag系合金及Bi基钎料
1.3.4 Zn基合金
1.3.5 复合钎料研究现状
1.4 高温钎焊的Sn-Sb基合金研究现状
1.5 目前研究中存在的问题
1.6 本文的研究目的及主要研究内容
第2章 试验条件与方法
2.1 钎料合金的制备
2.1.1 钎焊材料的熔炼
2.1.2 钎料小球的准备
2.2 钎料润湿性测试
2.2.1 测试原理
2.2.2 测试步骤
2.3 焊点抗热时效实验
2.3.1 焊点制备及时效实验
2.3.2 焊点微观组织分析
2.4 焊点剪切实验
2.4.1 实验材料及样品制备
2.4.2 焊点剪切实验
2.5 变温下压入塑性和蠕变性能测试实验
2.5.1 实验条件
2.5.2 纳米压痕法测试蠕变性能的原理
2.5.3 微型加热装置
2.6 本章小结
第3章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)润湿性研究
3.1 引言
3.2 助焊剂的影响
3.3 温度及润湿时间对SSn5Sb-xCuNiAg润湿性的影响
3.3.1 温度对润湿性的影响
3.3.2 润湿时间对润湿性的影响
3.4 微量元素对Sn5Sb-xCuNiAg钎料润湿性的影响
3.5 本章小结
第4章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)界面表征及动力学分析
4.1 引言
4.2 Cu基板上微焊点界面IMC演变分析
4.2.1 界面IMC形貌演变
4.2.2 界面元素的扩散
4.3 Ni(Cu)基板上焊点界面IMC演变
4.3.1 界面IMC形貌演变
4.3.2 界面元素扩散
4.4 时效中微焊点界面IMC生长本构模型
4.4.1 Cu基板上微焊点界面IMC生长模型
4.4.2 Ni(Cu)基板上微焊点界面IMC生长模型
4.5 镍层对SSn5Sb-xCuNiAg/Ni(Cu)焊点界面IMC演变的影响
4.6 本章小结
第5章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu(Ni)焊点剪切力学行为及断裂机理
5.1 引言
5.2 高温时效与微焊点的断裂行为
5.2.1 时效时间对剪切强度的影响
5.2.2 时效时间对断裂模式的影响
5.2.3 时效时间对断裂位置的影响
5.2.4 时效时间对塑性的影响
5.3 高温时效与Ni(Cu)基板上微焊点断口的相关性
5.3.1 时效时间对剪切强度的影响
5.3.2 时效时间对断裂模式及塑性的影响
5.3.3 镀镍层对微焊点断裂机理的影响
5.4 微量元素对微焊点剪切强度和塑性的影响机理
5.4.1 Cu基板上的影响机理
5.4.2 Ni(Cu)基板上的影响机理
5.5 本章小结
第6章 SSn5Sb-xCuNiAg/Cu微焊点压入塑性及抗高温蠕变机理
6.1 引言
6.2 高温时效后常温下压入力学行为
6.2.1 硬度随时效相关性
6.2.2 弹性模量随时效相关性
6.3 原位压入力学性能与实时温度的相关性
6.3.1 硬度随温度的变化
6.3.2 弹性模量随温度的变化
6.3.3 塑性因子随温度的变化
6.4 微焊点高温蠕变性能分析
6.4.1 纳米压痕法测试蠕变性能的应用
6.4.2 不同成分组成的微焊点蠕变性能
6.4.3 微量元素的作用及蠕变机理
6.5 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3914255
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