SnAgCu钎料合金在Au/NiFe/Cu焊盘上的反应润湿研究

摘要

本文以实验为基础研究了Au/NiFe/CuUBM镀层工艺对Sn-Ag-Cu软钎料润湿性的影响，结合扩散理论分析了焊盘UBM层中镍扩散的机理。为阻挡Ni的扩散，探讨了焊盘UBM镀层中加入扩散阻挡层Pd时对润湿性和焊点可靠性的影响。
　　本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　(1)针对实际生产中的润湿不良现象，评价了五组焊盘的润湿性能；试验结果表明UBM层中的镍、铜原子扩散到焊盘表面被氧化是润湿不良的主要原因；分析得出UBM层制作工艺影响金晶粒形状、尺寸，从而影响 Ni、Cu的扩散；结合润湿性对焊盘UBM层工艺参数进行了优化；
　　(2)理论分析指出焊盘UBM镀层中Ni原子以晶界扩散为主；根据统计扩散理论与试验结果计算了180℃/24小时、160℃/24小时、160℃/48小时下Ni原子在UBM的金层中晶界扩散系数和扩散距离；
　　(3)研究了焊点经过热冲击循环后垂直侧IMC演变规律；焊点推力强度值随着热循环周期的变化规律，并总结了断裂位置的演变规律；
　　(4)焊盘UBM中加入扩散阻挡层Pd后焊点润湿铺展良好；实验结果表明Pd对Ni、Cu原子的扩散具有一定的阻挡作用，Pd原子会影响UBM层晶粒的形态及大小，使溅射金层与电镀金层的分界面消失；
　　(5)老化作用加速了焊点垂直侧裂纹及裂纹孔的生成，使钎料剥落下来；老化后的焊点推力测试结果表明，Pd元素的存在有利于增强金属间化合物彼此间的结合力，使得平均推力强度值随老化周期的增加减小较缓和。

目录

SnAgCu 钎料合金在Au/NiFe/Cu 焊盘上的反应润湿研究

THE STUDY ON REACTIVEWETTABILITY OF SnAgCu SOLDERALLOY ON Au/NiFe/Cu PAD

摘 要

Abstract

目 录

绪 论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 相关领域研究现状

1.2.1 钎料润湿的驱动力

1.2.2 钎料合金与Ni焊盘界面反应

1.2.3 钎料合金与Au/Ni/Cu界面反应

1.2.4 钎料与薄膜材料的反应润湿

1.3 本课题主要研究内容

润湿性评价与镍扩散分析

2.1 引言

2.2 试验设备、材料及润湿性评价方法

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验材料

2.2.3 润湿性评价方法

2.3 实验结果与分析

2.3.1 润湿不良微焊点的外观形貌

2.3.2 各类润湿不良的统计分析

2.4 镍扩散分析

2.4.2 镍对润湿性能的影响

2.4.3 镀层晶粒对镍扩散方式的影响

2.4.4 镍扩散的理论与试验计算分析

2.5 本章小结

72A9A微焊点热冲击试验

3.1 引言

3.2 热冲击试验方法

3.3 微焊点表面形态及内部组织变化

3.3.1 热冲击对焊点形态的影响

3.3.2 微焊点内部垂直侧组织演化规律

3.4 推力测试及断口演变规律

3.4 本章小结

Pd对润湿性及可靠性的影响

4.1 引言

4.2 试验材料及焊盘成分分析

4.2.1 试验材料

4.2.2 焊盘AES成分分析

4.3 焊盘镀层厚度及晶粒尺寸分析

4.4 高温老化试验分析

4.4.1 微焊点老化试验原理

4.4.2 微焊点表面形态演变

4.4.3 老化过程中垂直侧组织演变规律

4.4.4 老化对推力强度的影响分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢