收藏本站
《华中科技大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电子封装焊料润湿性的研究

李松  
【摘要】: 含铅焊料带来的环境问题使得电子封装企业正努力寻求无铅焊料,但无铅焊料在润湿性上表现不足,造成封装企业在新产品上迟迟不愿意采用无铅焊料。同时随着封装密度越来越高,元件尺寸越来越小,引脚间距越来越窄,焊料润湿问题日渐成为回流焊和波峰焊等群焊工艺的一道难以逾越的高峰,因此开展焊料润湿可靠性和结构性能的研究非常必要。在本项目研究中,建立回流曲线量化评价参数——预热、加热、冷却因子,考察了它们对焊点可靠性的影响,总结出优化的回流曲线;结合金相显微镜、电子扫描显微镜和电子能谱等分析方法,对焊膏与基板润湿行为中的界面反应及其影响因素、作用机理进行了深入的研究;采用光杠杆法和动态干涉法第一次测量到回流焊中焊点界面处应力变化,研究了焊料整个回流润湿过程中应力的变化。本试验有希望为封装工业的润湿领域提供设计、工艺、材料等方面的技术支持和指导。 本文首先介绍了电子封装材料润湿问题的研究进展、研究方法和基本理论,然后在此基础上指出了本文的研究目的、研究意义、研究方案和拟解决的关键问题。接着提出改进的测量焊料润湿方法,用于分析焊点不良的原因并提供解决方案,实时测量焊球和基板接触角变化,分析得到不同焊膏在本实验条件下的活性范围,总结出动态延展实验方法是通过溶剂的溢出和挥发、焊膏和焊料球的收缩、焊料球的稳定、气泡的生存期这几个方面来评价动态润湿过程的。在回流曲线的优化研究中,引入了三种不同回流因子,即加热因子、预热因子、冷却因子,分别讨论分析了它们对焊点界面处金属间化合物的影响,试验表明界面处金属间化合物的平均厚度随着加热因子的增加而增加,当加热因子不超过800-1000sec?°C,此时合适的金属间化合物厚度会降低焊接凸点缺陷的出现。过高的预热因子,会使焊点表面出现了明显焦化现象。冷却速度慢,使得试样冷却因子较大,焊点内部晶粒的大小和冷却因子呈正比关系,得到类似退火试验的结果。针对不同回流因子,分析了其剪切试验中剪切断面的形貌和成分,表明大部分条件下,断裂一般会发生在焊料内部区域,然而在焊料界面结合较弱时,断裂通常会发生在IMC和基板界面处。总结提出了三种回流因子的合理取值范围,得到了回流炉中63Sn37Pb和Sn3.5Ag0.5Cu的最佳回流曲线,为工业上探索新的回流曲线提供了实验方法。运用基片弯曲法,研究了Ag/Ni多层膜随温度变化的界面应力曲线,在450°C时达到蠕变平衡,计算出此温度下Ag(111)/Ni(111)多层膜的界面能γint为0.63J/m2。改进了光杠杆法测量应力设备,用于反应润湿的应力测量。对63Sn37Pb和Sn3.5Ag0.5Cu焊料在Cu膜硅片上的回流试验,采用不同温度下分别保温90分钟和200分钟,延长了焊料的反应润湿时间,运用金属间化合物的生长模型进行分析,认为Cu、Ni的溶解和扩散在反应润湿过程中促进了金属间化合物的生长,提出了IMC生长带来的组织应力影响回流中界面应力的变化。最后利用频闪照明、显微干涉和计算机微视觉等非接触式技术,结合本实验要求,改建了微机电三维静动态测试系统。对于离面运动测量,采用Hariharan 5步相移干涉( PSI)算法和去包裹算法,结合运用了等厚干涉原理,第一次用光学方法实现了实时观测回流焊中润湿力的变化情况。运用润湿附着功公式,结合最大润湿力和润湿时间的分析,得到三种应用程度最高焊料的润湿表现,它们的润湿表现按顺序排列从高到低是63Sn37Pb、Sn3.5Ag0.5Cu和Sn3.5Ag焊料。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG42

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 赵磊;SiO_(2f)/SiO_2复合材料与Invar合金的钎焊接头界面结构及形成机理[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 黄亮;预成型焊片润湿性动态测试方法研究[D];华中科技大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李松;张同俊;安兵;;微电子封装领域中合金润湿性测量的研究进展[J];材料导报;2005年03期
2 刘成有;润湿现象的解释[J];重庆师范学院学报(自然科学版);2000年S1期
3 郭子成,罗青枝,荣杰;润湿现象和毛细现象的热力学描述[J];大学物理;2000年06期
4 吴丰顺,陆俊,安兵,王磊,张晓东,吴懿平;焊膏回流性能动态测试法及其应用[J];电子元件与材料;2004年06期
5 谢勇君,白金鹏,史铁林,刘胜;MEMS三维静动态测试系统[J];光电子·激光;2005年05期
6 李松,张同俊,安兵;Ag/Ni多层膜的界面自由能研究[J];功能材料与器件学报;2005年01期
7 杨建一,郝喜利,刘树彬;液体在固体表面的润湿特征及热力学分析[J];河北轻化工学院学报;1997年04期
8 邬博义,吴懿平,张乐福,徐聪;新一代绿色电子封装材料[J];微电子学;2002年05期
9 谢勇君,史铁林,白金鹏,来五星;基于亚像素综合定位匹配算法的MEMS平面运动测量[J];纳米技术与精密工程;2005年02期
10 谢勇君,刘世元,史铁林,来五星,白金鹏,刘胜;MEMS三维动态测试系统的同步控制方法[J];仪器仪表学报;2005年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于大全;电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 蔡志雁;润湿力测量仪的研制以及钎料合金润湿性能的评估[D];北京工业大学;2002年
2 刘一波;无铅互连界面及RFID制造工艺[D];华中科技大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 文洁;黄永刚;黄克智;;THE VOID-SIZE EFFECT ON PLASTIC FLOW LOCALIZATION IN THE GURSON MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;2004年04期
2 K.-C. Hwang FML;mail.tsinghua.edu.cn;;;The indenter tip radius effect in micro- and nanoindentation hardness experiments[J];Acta Mechanica Sinica;2006年01期
3 杨君友,肖建中,张同俊,胡镇华,崔昆;颗粒复合材料颗粒相/基体相界面结合强度[J];兵器材料科学与工程;1993年06期
4 齐伟光;赵宝荣;许小忠;刘常明;;钇对AZ91D镁合金组织和力学性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2007年02期
5 蹇海根;姜锋;黄宏锋;韦莉莉;蒋龙;;固溶-时效处理对7B04合金组织和性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2009年04期
6 吕桂财;刘德宝;;Mg-B_2O_3体系制备MgB_2的研究[J];兵器材料科学与工程;2010年04期
7 顾小颜;曲文卿;赵海云;庄鸿寿;;无铅电子封装Sn-Cu焊料润湿性试验研究[J];半导体技术;2006年05期
8 张素娟;李海岸;;新型塑封器件开封方法以及封装缺陷[J];半导体技术;2006年07期
9 许伟达;;IC测试原理-芯片测试原理[J];半导体技术;2006年07期
10 黄卓;张力平;陈群星;田民波;;电子封装用无铅焊料的最新进展[J];半导体技术;2006年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 Katsuaki Suganuma;;无铅电子封装发展现状[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年
2 Tadashi Takemoto;Yeon Jun Joo;Shohei Mawatari;Rikiya Kato;;无铅钎料波峰焊中焊渣的恢复[A];2004中国电子制造技术论坛——无铅焊接技术译文集(下册)[C];2004年
3 黄占武;来新泉;李志娟;毕明路;;板级无铅焊料和绿色清洗技术的研究[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
4 冯丽芳;闫焉服;郭晓晓;赵培峰;宋克兴;;BiSbCuSn高温无铅软钎料物理性能及润湿性能研究[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
5 吴志生;高珊;刘翠荣;靳鹏飞;;5A06铝合金焊接接头深冷强化机理研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
6 李国清;陈国强;;网上绘制静定梁的剪力图和弯矩图[A];海峡两岸力学教学—教学经验与教学改革交流会论文集[C];2002年
7 冯秀艳;王自强;;微薄梁三点弯曲尺度效应的理论分析[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
8 Anthony G.Evans;A.Yehle;;A criterion for the avoidance of edge cracking in layered systems[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
9 吕剑;何荣建;毛勇建;闫渊;;冲击环境下电子封装产品可靠性研究现状[A];第四届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2006年
10 李余德;司马爱平;周渝;李艳庆;刘玉庆;师李军;陆军;郭同林;李著英;;汽轮机低旁调节阀阀芯裂纹的成因分析[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘大春;从含锌铟复杂物料中提取金属铟新工艺的研究[D];昆明理工大学;2008年
2 周晓龙;反应合成AgCuO复合材料的组织均匀化及界面结构研究[D];昆明理工大学;2009年
3 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年
4 郭全英;两种含Gd镁合金微观组织演变机制及性能研究[D];沈阳工业大学;2010年
5 卢广林;立方氮化硼仿生耐磨复合材料的制备及其研究[D];吉林大学;2011年
6 林巧力;金属熔体在碳化物陶瓷上的润湿性及铺展动力学[D];吉林大学;2011年
7 罗忠兵;钎焊界面结构形态及对其接头剪切行为的影响[D];大连理工大学;2011年
8 吴铭方;铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D];江苏大学;2011年
9 黄道远;热/力作用下钴基硬质合金组织性能变化及相关机理的研究[D];中南大学;2010年
10 曹东风;细观特征对SiCp/Al复合材料力学行为影响的实验及数值研究[D];武汉理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王茜;时效处理对快速凝固Cu-Cr合金组织性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
3 姚利盼;二维压痕脱层实验中的压痕应力研究[D];郑州大学;2010年
4 王岩;Ca、Sr对AS21合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
5 王威;Cd、Sn合金化α基Mg-Li合金组织与力学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 姚国良;压电微悬臂梁的动态特性测试[D];大连理工大学;2010年
7 袁力鹏;Sn-Ag-Cu-Sb无铅焊料物理性能研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 刘洋;SnAgCuNiBi无铅钎料焊接性能及IMC生长机制[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 韩小云;有氧烧结镍基自熔合金涂层的研究[D];华东理工大学;2011年
10 冯晶;CuCr合金时效析出的第一原理计算与分子动力学模拟[D];昆明理工大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈建,潘复生;合金元素影响铝/陶瓷界面润湿性的研究现状[J];兵器材料科学与工程;1999年04期
2 肖永栋,刘红影,方晓敏;新型无机烧蚀材料的性能及潜在用途[J];玻璃钢/复合材料;2002年02期
3 苏震宇,周洪飞;天线罩用耐高温复合材料的研究[J];玻璃钢/复合材料;2005年06期
4 周燕;邓诗峰;黄发荣;杜磊;李仲平;;磷酸盐基复合材料中石英纤维的表面处理[J];玻璃钢/复合材料;2009年02期
5 黄波;陈金强;杨凯;孙亮;宋国才;高欣;薄报学;;用于大功率半导体激光器封装的Au-Sn合金焊料的制备和特性研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2007年03期
6 沈强;陈斐;闫法强;张联盟;;新型高温陶瓷天线罩材料的研究进展[J];材料导报;2006年09期
7 刘成有;润湿现象的解释[J];重庆师范学院学报(自然科学版);2000年S1期
8 齐共金,张长瑞,王思青,胡海峰,曹峰;高超音速导弹天线罩关键技术[J];导弹与航天运载技术;2005年01期
9 钱国统;薛建平;刘洪森;张强;冯胜;;一种软钎焊料润湿角的测量方法[J];电子元件与材料;2008年02期
10 曹运红;用于导弹雷达天线罩的材料、工艺现状及未来发展趋势[J];飞航导弹;2005年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 秦优琼;C/C复合材料与TC4钎焊接头组织及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 刘多;基于AgCu/Ni中间层的SiO_2陶瓷与TC4钛合金钎焊工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 王颖;Al_2O_3陶瓷的反应金属化及其与5A05合金扩散钎焊机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 童巧英;在线液相渗透连接C/SiC复合材料的显微结构与性能[D];西北工业大学;2003年
2 汪清;C/SiC复合材料连接接头应力与破坏形式数值分析[D];西北工业大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期
2 冯亚林,栗大超,金翠云,郝一龙,张大成,靳世久;基于计算机视觉的MEMS测试系统[J];微纳电子技术;2003年Z1期
3 黄惠珍,魏秀琴,周浪;无铅焊料及其可靠性的研究进展[J];电子元件与材料;2003年04期
4 陈轶群,李祥友,李慧玲,曾晓雁;激光直写制备厚膜导体技术研究[J];电子元件与材料;2004年08期
5 龚代涛,刘晓波,王国勇;Sn-Zn-Ag系无铅钎料焊接性能研究[J];电子工艺技术;2003年03期
6 王丽,蔡小洪;再流焊锡珠的形成与预防[J];电子质量;2002年08期
7 邬博义,吴懿平,张乐福,徐聪;新一代绿色电子封装材料[J];微电子学;2002年05期
8 史耀武,夏志东,雷永平,李晓延;绿色高性能电子组装钎料研究的新进展[J];新材料产业;2001年12期
9 许俊华,顾明元,李戈扬;纳米多层膜力学性能研究进展[J];宇航材料工艺;1999年03期
10 王立鼎,吴一辉;抓住机遇,推动我国微型机械的快速发展[J];中国机械工程;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于大全;电子封装互连无铅钎料及其界面问题研究[D];大连理工大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 夏玉红;;无铅焊料合金的组织结构与性能[J];科技信息(学术研究);2007年31期
2 朱艳,杨延清,马志军,陈彦;三元合金及金属间化合物中各组分活度系数的计算[J];西安工程科技学院学报;2002年02期
3 沈骏;刘永长;高后秀;;无铅焊料Sn-Ag中金属间化合物Ag_3Sn的异常长大[J];科学通报;2006年10期
4 袁宜耀;孙勇;张秀兰;许磊;;微量稀土元素对Sn-Ag-Sb系合金组织及焊料/Cu界面组织的影响[J];金属功能材料;2008年02期
5 周敏波;李勋平;马骁;张新平;;Sn-3.5Ag/Cu体系早期界面反应及凝固过冷行为[J];金属学报;2010年05期
6 赵鸿金;王达;秦镜;张迎晖;;铜/铝层状复合材料结合机理与界面反应研究进展[J];热加工工艺;2011年10期
7 朱艳,杨延清;钛合金及金属间化合物中各组分的活度系数[J];稀有金属材料与工程;2003年08期
8 赵四勇;张宇鹏;;电子组装用低银无铅焊料的研究进展[J];热加工工艺;2010年01期
9 祝清省;张黎;王中光;吴世丁;尚建库;;金属间化合物Ag_3Sn对Sn3.8Ag0.7Cu焊料合金拉伸性能的影响[J];金属学报;2007年01期
10 谷博;王珺;唐兴勇;俞宏坤;肖斐;;Sn-3Ag-3Bi焊点剪切强度的研究[J];电子元件与材料;2006年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王丽风;孙凤莲;刘晓晶;刘洋;;SnAgCuBi无铅钎料的研究[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
2 苏宏;杨邦朝;任辉;胡永达;;无铅焊料的电迁移效应[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年
3 杨勇;王铀;闫牧夫;;热喷涂NiAl金属间化合物涂层的稀土改性[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
4 李星国;胡镇华;崔崑;;金属间化合物的非晶态微粉的新型制作方法[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
5 杨石强;林萍华;董寅生;陈振华;;金属间化合物Tb(Fe_(1-x)Mn_x)_(11.3)Nb_(0.7)的结构和磁性[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
6 周晓松;彭述明;郝万立;;Zr_3V_3O金属间化合物的贮氢性能[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
7 孔祥炎;曲选辉;钱源;黄伯云;;L1_0型TiAl和TiAl+Mn金属间化合物的室温变形结构[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年
8 马培燕;傅正义;;微叠层金属间化合物的研究[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
9 毕秦岭;喇培清;杨军;刘维民;薛群基;;铬合金化及碳掺杂对Ni_3Si金属间化合物的组织和性能的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
10 刘晓;云志;曹晶晶;史美仁;;新型脱硫材料SbSn金属间化合物的制备及其脱硫性能研究[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘静 张富文;微电子互连锡基无铅焊料的发展[N];中国有色金属报;2005年
2 记者 丁艳;千住集团在华推出环保无铅焊料及设备[N];中国经济导报;2006年
3 苏曦;新世纪高温材料的明星[N];中国冶金报;2001年
4 记者  李倩;无铅化:RoHS指令的最大门槛?[N];中国电子报;2006年
5 寇茜;无铅大势不可逆转 焊接企业如何应对[N];中国工业报;2006年
6 记者  诸玲珍 卓尔;电子制造企业离无铅化还有多远[N];中国电子报;2006年
7 栾玲;金朝电子获第十届中国专利优秀奖[N];中国高新技术产业导报;2008年
8 朱生球;锡业股份尽享行业景气大餐[N];中国证券报;2007年
9 ;电子制造业直面无铅化挑战[N];中国电子报;2004年
10 ;RoHS指令保证体系贯穿全程[N];中国电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李松;电子封装焊料润湿性的研究[D];华中科技大学;2006年
2 孙鹏;电子封装中无铅焊点的界面演化和可靠性研究[D];上海大学;2008年
3 刘平;颗粒增强Sn3.8Ag0.7Cu复合无铅焊料的研究[D];天津大学;2009年
4 韦晨;Sn-Ag-Zn系无铅焊料及其连接界面组织形成与演化规律[D];天津大学;2009年
5 刘立娟;Sn-8Zn-3Bi-X和Sn-3.5Ag-xZn无铅焊料与Cu基板界面反应的研究[D];天津大学;2010年
6 沈骏;Sn-Ag系无铅焊料中金属间化合物的形成与控制[D];天津大学;2005年
7 陈涛;Fe/Ti纳米多层薄膜界面反应机制研究[D];大连理工大学;2007年
8 商延赓;Sn基无铅钎料组织、性能和界面反应行为的研究[D];吉林大学;2007年
9 徐鸿博;电磁感应加热尺寸效应及其BGA封装互连新方法特征研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 陈和兴;镍基合金基体热障涂层界面扩散和反应的研究[D];中南大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐荣雷;Sn-Ag-Zn焊料及其连接界面组织形成规律[D];天津大学;2008年
2 韦晨;宽冷却速度下共晶Sn-Ag-Zn焊料组织中金属间化合物的析出[D];天津大学;2006年
3 胡炎祥;基于电磁搅拌的无铅互连新方法的初步研究[D];华中科技大学;2006年
4 徐洋;强磁场对SnZn基合金与铜板液/固界面反应的影响[D];大连理工大学;2009年
5 李仕明;无铅焊点界面化合物及Kirkendall空洞实验研究[D];上海交通大学;2009年
6 沈黎;铝-铜、钢-铝层状金属复合材料的界面反应研究[D];昆明理工大学;2002年
7 杨志;新型Sn-Ag-Bi-Cu-In钎料合金研究[D];昆明理工大学;2006年
8 刘鲁潍;无铅焊球界面反应的体积效应研究[D];大连理工大学;2011年
9 万敬博;Al、In对Sn-Ag-Zn焊料组织形成的影响及连接界面的研究[D];天津大学;2007年
10 袁宜耀;稀土Ce对Sn基无铅焊料的组织、性能及界面影响[D];昆明理工大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026