收藏本站
收藏 | 论文排版

激光重熔微小接头中金锡化合物的演化及抑制

刘威  
【摘要】: UBM (Under Bump Metallization)及各种焊盘表面的Au镀层会与Sn发生反应生成脆性的Au-Sn化合物。随着接头尺寸减小,Au在钎焊接头中的含量会大比例增加。此外,在MEMS (Micro Electromechanical System)、光电子、微传感器件及微波器件中,Au有时被直接用作焊接层。Au-Sn化合物的生长和形貌将对接头的性能和可靠性产生决定性影响,而激光加热的特点决定用该方法得到接头内部Au-Sn化合物的生长和形貌十分特殊。 本文采用分别镀有不同厚度(0.1、0.5、0.9和4.0微米)Au层的焊盘,直径为120微米的Sn-3.5Ag-0.75Cu、Sn-2.0Ag-0.75Cu-3.0Bi和Sn-37Pb钎料球,研究激光重熔微小接头中Au含量对钎料合金与焊盘界面处Au-Sn化合物生长和演变的影响。结果表明,在老化过程中接头中的针状或层片状的AuSn4化合物均会发生粗化,并在界面处生成层状化合物,AuSn4化合物层厚度随着接头中Au含量的增加而增长。此外,还研究了焊盘表面镀有4.0微米厚Au层接头在老化过程中界面处AuSn4化合物反应动力学。结果表明,钎料合金成分对Au-Sn化合物的生长和演变速度影响巨大。Sn-3.5Ag-0.75Cu、Sn-2.0Ag-0.75Cu-3.0Bi和Sn-37Pb接头中AuSn4化合物的生长激活能分别为153.0、20.1和77.8kJ/mol。 对激光重熔微小接头在老化过程中出现塌陷现象的机理进行研究,发现钎料合金中的Sn向微小接头边缘处富Au的Au-Sn化合物和剩余的Au层扩散,并发生反应,导致接头边缘处钎料合金中的Sn大量被消耗是塌陷现象产生的直接原因。随着Au层厚度的增长和Au在接头中所占比例的增加,Au-Sn反应会持续进行下去,塌陷现象将变得更为严重。而焊盘表面镀有较薄(0.1微米)Au层的接头,在重熔时Au即已经全部溶解进入接头,钎料与底层的Ni进行连接。在老化过程中,仅有Au-Sn化合物向Ni层的沉积,而没有Sn大量被消耗,不出现塌陷现象。 在Sn基合金中添加不同含量的Pb、Bi、Sb、Ag、Cu和Zn合金元素,研究合金元素对激光重熔接头界面处Au-Sn化合物和相生长和演变的影响,发现Pb和Bi元素会促进Au-Sn化合物的生长,增加Pb和Bi元素含量,Au-Sn化合物的生长速度随之提高;Sb元素会促进Au-Sn化合物的生长,但如果增加较多的Sb元素,其对Au-Sn化合物生长的促进效果反而有所减弱;Ag元素会对Au-Sn化合物的生长具有抑制作用,但随着Ag含量的增多,其对Au-Sn化合物生长抑制的效果并没有发生叠加。Cu和Zn元素的作用机制与以上元素不同,Cu元素会与Sn和Au元素发生作用生成Sn-Cu-Au三元相取代界面处的AuSn4化合物;Zn元素则会与Au作用生成Zn-Au和Zn-Au-Sn相。增加Cu和Zn元素的含量对Au-Sn化合物生长的抑制效果更为显著。 以八面体簇模型,采用相对论DV-Xα法计算合金元素对Au与Sn相互作用的影响,从原子轨道相互作用强弱变化的角度来研究不同接头中Au-Sn化合物生长情况的差异,并提出了合金元素对Au-Sn化合物演变影响的原子轨道相互作用机理。计算结果与试验的结论互相印证。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴秋红,陶曾毅,崔崑,贺连龙,李斗星;激光重熔工艺对热喷涂陶瓷层微观结构的影响[J];金属热处理;1995年07期
2 严彪,唐琦,王军,徐政;锌铝基Al_2O_3陶瓷复合层上激光重熔区的相组成及成因[J];上海有色金属;2000年04期
3 严彪,陆伟,唐人剑,杨磊,殷俊林;激光重熔等离子喷涂Al_2O_3陶瓷层的相转变[J];硅酸盐学报;2004年07期
4 刘荣祥,雷廷权,郭立新;Ti6Al4V合金表面激光重熔Ni60B+TiN喷涂层的组织与性能[J];黑龙江科技学院学报;2004年01期
5 章葆澄,向耿;激光重熔Ni─ZrO_2复合镀层的研究[J];新技术新工艺;1995年06期
6 国旭明,吕念春,张艳;激光重熔对氧化铝涂层的组织结构及性能的影响[J];沈阳工业学院学报;1996年02期
7 严彪,唐琦,王军,徐政;激光重熔的锌铝基Al_2O_3陶瓷复合层形貌及成因[J];建筑材料学报;2000年04期
8 杨洗陈;阎毓禾;汪兴凯;顾洪武;;钴基合金火焰涂层的激光重熔[J];金属热处理;1986年10期
9 陈传忠,雷廷权,包全合,姚书山;等离子喷涂-激光重熔陶瓷涂层存在问题及改进措施[J];材料科学与工艺;2002年04期
10 严彪,王军,殷俊林,徐政;锌铝基Al_2O_3陶瓷复合层激光重熔区内陶瓷相分布与性能之间的关系[J];热处理;2002年04期
11 马捷,张连宝,宣崇武;铸铁激光重熔技术在泥浆泵叶轮表面强化中的应用[J];金属热处理;1997年09期
12 许友谊,周明;全20CrMnTi表面激光重熔的组织与性能研究[J];应用激光;2002年04期
13 李言祥,李炜;用等离子喷涂加激光重熔方法在铝合金表面熔覆陶瓷[J];表面技术;1996年03期
14 黄小枚;激光重熔凸轮轴的工艺特点[J];国外金属热处理;1997年03期
15 高昕,宋凯英,宋宙模;激光重熔对Al-Si合金快速凝固共晶生长的数值模拟[J];光子学报;1998年06期
16 周静,曹兴进,张隆平,吴护林,韦云隆;激光重熔等离子喷涂复合润滑涂层的组织与性能研究[J];现代制造工程;2002年09期
17 朱大庆,左都罗,李适民;快速激光重熔的二维瞬态模型[J];激光技术;2003年02期
18 唐人剑,陆伟,严彪,殷俊林;激光重熔锌铝基Al_2O_3陶瓷复合层的组织结构研究[J];材料科学与工程学报;2004年04期
19 陈国锋,冯钟潮,梁勇;激光重熔处理工艺对等离子喷涂热障涂层组织的影响[J];激光杂志;1999年06期
20 向兴华,尹钟大,朱景川,迟淳;激光重熔对等离子喷涂ZrO_2-NiCoCrAlY梯度涂层组织与性能的影响[J];中国腐蚀与防护学报;1999年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 汤光平;;金属材料表面渗硼后的激光重熔[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
2 冯武锋;王春青;;电子元件焊接中的钎料合金研制及钎料合金设计方法[A];全国第六届SMT/SMD学术研讨会论文集[C];2001年
3 王宏芹;马鑫;钱乙余;;铜基板上高铅钎料反应润湿机理之润湿测量法研究[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
4 王春青;;电子制造中的材料连接技术研究进展[A];2003中国电子制造技术论坛暨展会暨第七届SMT、SMD技术研讨会论文集[C];2003年
5 汤光平;周文凤;;激光重熔渗硼层的耐磨性[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
6 吴国清;黄正;李子夫;阮中健;;激光重熔和热处理对TiAl合金晶粒超细化的作用[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
7 国旭明;张艳;邵德春;;激光重熔改善陶瓷涂层抗高温氧化机制的研究[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
8 张炜;成旦红;郁祖湛;Werner Jillek;;SnAgCu钎料焊点的电化学迁移研究[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
9 王玮琳;田宗军;黄因慧;刘志东;何静波;;激光重熔金属涂层的研究现状与发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
10 王玮琳;田宗军;黄因慧;刘志东;何静波;;激光重熔金属涂层的研究现状与发展[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘威;激光重熔微小接头中金锡化合物的演化及抑制[D];哈尔滨工业大学;2008年
2 张国尚;80Au/20Sn钎料合金力学性能研究[D];天津大学;2010年
3 俞伟元;非晶态钎料的钎焊性能及其连接机理[D];兰州理工大学;2009年
4 赵国际;快速凝固及微合金化Sn-Zn系钎料改性研究[D];重庆大学;2012年
5 朱宏;6063铝合金阶梯钎焊钎料、钎剂及工艺研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 王东生;TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY及陶瓷涂层的激光重熔研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 王俭辛;稀土Ce对Sn-Ag-Cu和Sn-Cu-Ni钎料性能及焊点可靠性影响的研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 王慧;微合金化对Sn-9Zn无铅钎料钎焊性能影响及润湿机理研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 杨扬;Sn基钎料/Cu界面柯肯达尔空洞机理研究[D];上海交通大学;2012年
10 周敏波;无铅微互连焊点形成过程中早期界面反应和过冷凝固行为研究[D];华南理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋桂荣;激光重熔超音速火焰喷涂铁基合金涂层的组织和性能研究[D];天津大学;2010年
2 党波;高性能低银电真空钎料研究[D];西安理工大学;2010年
3 王丽华;钎料合金及其接头在模拟土壤盐溶液中的浸出行为[D];大连理工大学;2011年
4 张群超;新型低银无铅电子钎料研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
5 徐庆磊;力—电耦合作用下焊锡钎料63Sn-37Pb的蠕变试验研究[D];华东理工大学;2010年
6 张娜;基于激光重熔Ni/Ti冷喷涂涂层的组织性能研究[D];西安石油大学;2011年
7 林英华;钛合金表面激光原位熔覆结合激光重熔制备Ti-B-C超硬耐磨复合涂层[D];南华大学;2012年
8 刘亮岐;电子封装铝软钎焊用Sn-Zn基钎料的研究[D];华南理工大学;2011年
9 马菲;Zn基中温钎料的研究[D];吉林大学;2012年
10 邓有忠;低熔点Al基钎料及其盐浴钎焊研究[D];兰州理工大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 王铀 张成连 陈正基 葛文庆;先进表面工程为设备打造坚实“铠甲”[N];中国冶金报;2010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
  • 010-62982499
  • 010-62783978