SnAgCu钎料合金在Au/NiFe/Cu焊盘上的反应润湿研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 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
• 第2章 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
• 第3章 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
• 3.5 本章小结
• 第4章 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
• 致谢