学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

单晶铜（镍）基体与无铅钎料的界面反应

作　者: 刘欢
导　师: 黄明亮；马海涛
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料学
关键词: 无铅钎料界面反应单晶铜单晶镍金属间化合物
分类号: O611.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着电子产品轻、薄、短、小的要求和世界范围内无铅化进程的推动,焊点将迎来更加苛刻的服役环境,封装技术将面临更加严峻的挑战。界面金属间化合物(IMC)的厚度对焊点的可靠性至关重要,而IMC的形貌势必会影响其生长动力学。所以研究界面IMC形貌演变和生长动力学从而有效地控制其生长就显得尤为重要。焊盘尺寸将伴随焊点尺寸的减小而减小,因此本文选用单晶金属作为基体,研究极微细情况(焊盘中只含有一个晶粒)下其与无铅钎料的界面反应。另外,单晶基体没有晶界的影响,可以从本质上研究界面反应过程。本文选用(001)Cu单晶作为基体研究其与Sn-xCu (x=0,0.7)钎料在150℃,20℃和40℃时效条件下的固/固界面反应。考察了时效温度和钎料中Cu浓度对界面Cu6Sn5形貌演变及界面IMC生长动力学的影响。研究发现,浸焊后的界面IMC只有棱晶状的Cu6Sn5晶粒,150℃时效过程中在Cu基体与Cu6Sn5之间生成一层Cu3Sn。随着时效时间的延长Cu6Sn5晶粒棱角逐渐变钝,直至转变为扇贝状,其厚度先减小后增大；Cu3Sn厚度和IMC总体(Cu6Sn5+Cu3Sn)厚度随着时效时间的延长而增大。IMC总体(Cu6Sn5+Cu3Sn)、Cu3Sn和稳定后Cu6Sn5的生长符合抛物线规律。在短时间(不超过10h)内Cu3Sn与IMC总体厚度的比值即可达到稳定。钎料中0.7 wt.%Cu的加入会显著降低Cu3Sn的生长速率,提高Cu6Sn5的生长速率,但对IMC总体生长速率影响不大。20℃时效至3000 h,40℃时效至500 h界面仅生成Cu6Sn5一种IMC,且保持初始状态的棱晶状形貌。Cu3Sn的快速生长是Cu6Sn5晶粒由棱晶状转变为扇贝状的原因。选用(001)Ni单晶作为基体研究其与纯Sn, Sn-0.7Cu, Sn-0.7Cu-0.1Ni, Sn-1.5Cu, Sn-1.5Cu-0.1Ni五种钎料在250℃和300℃下的固/液界面反应,研究钎料成分、反应时间和温度对(Cu,Ni)6Sn5晶粒规则排列的影响。结果显示,在Sn-0.7Cu-0.1Ni, Sn-1.5Cu, Sn-1.5Cu-0.1Ni钎料中可以发现界面(Cu,Ni)6Sn5晶粒的规则排列,而在纯Sn和Sn-0.7Cu钎料中界面IMC晶粒呈各向同性的无规则排列。我们用(Cu,Ni)6Sn5晶粒与(001)Ni之间的位相关系和钎料中Cu的饱和溶解度,并借助于Sn-Cu-Ni三元相图解释了这一现象的合理性。(Cu,Ni)6Sn5晶粒随反应时间的延长排列越发不规则。单晶金属基体上生成的界面IMC存在错配度最低的择优取向。沿着这些方向生成的界面IMC具有最小的形核驱动力,所以单晶金属基体上的IMC成规则排列。规则排列的消失是因为在IMC与单晶基体之间生成一层新相,打破单晶基体对IMC的约束。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 电子封装中无铅钎焊概述  9-13
    1.1.1 电子封装技术的发展  9-11
    1.1.2 无铅化进程  11
    1.1.3 电子封装面临的挑战  11-13
  1.2 电子封装中的界面反应综述  13-22
    1.2.1 多晶铜基体的界面反应  14-16
    1.2.2 单晶铜基体的界面反应  16-20
    1.2.3 多晶镍基体的界面反应  20-22
  1.3 本论文的研究目的及研究内容  22-23
2 实验材料和方法  23-29
  2.1 单晶基体的制备  23-25
    2.1.1 单晶铜片的制备  23-24
    2.1.2 单晶镍片的制备  24-25
  2.2 钎料的制备  25-26
  2.3 单晶铜基体的时效实验  26-27
  2.4 单晶镍基体的浸焊实验  27
  2.5 SEM样品制备  27-29
3 单晶铜与Sn-xCu钎料的固/固界面反应  29-50
  3.1 Sn-xCu钎料与单晶铜在150℃下固/固界面反应  29-34
  3.2 Sn-xCu钎料与单晶铜在20℃下固/固界面反应  34-36
  3.3 Sn-xCu钎料与单晶铜在40℃下固/固界面反应  36-38
  3.4 结果与讨论  38-49
    3.4.1 界面Cu_6Sn_5晶粒形貌转变  38-39
    3.4.2 固态时效界面IMC生长动力学  39-49
  本章小结  49-50
4 单晶镍与Sn-xCu-yNi钎料的固/液界面反应  50-62
  4.1 单晶镍与纯Sn钎料的固/液界面反应  50-51
  4.2 单晶镍与Sn-0.7Cu钎料的固/液界面反应  51
  4.3 单晶镍与Sn-0.7Cu-0.1Ni钎料的固/液界面反应  51-52
  4.4 单晶镍与Sn-1.5Cu钎料的固/液界面反应  52-53
  4.5 单晶镍与Sn-1.5Cu-0.1Ni钎料的固/液界面反应  53-54
  4.6 结果与讨论  54-61
    4.6.1 界面IMC类型  54-57
    4.6.2 (Cu,Ni)_6Sn_5晶粒规则排列机理  57-59
    4.6.3 (Cu,Ni)_6Sn_5晶粒规则排列的褪去  59-61
  本章小结  61-62
5 单晶金属基体界面上IMC形貌转变探讨  62-64
  5.1 单晶金属基体界面上规则棱晶状IMC的形成  62
  5.2 单晶金属基体界面上规则棱晶状IMC的消失  62-63
  本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

单晶铜（镍）基体与无铅钎料的界面反应

内容摘要

全文目录

相似论文