QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺研究

论文摘要

由于QFP引线宽度越来越小,以及无铅钎料应用日益普遍,采用传统的红外再流焊技术进行钎焊连接越来越力不从心。作为一项新兴的钎焊连接技术,半导体激光钎焊能有效避免桥连缺陷的产生,提高焊点强度,因此应用领域日益扩大。本文研究了激光钎焊工艺对QFP元器件焊点力学性能的影响规律。选取Sn-Ag-Cu无铅钎料,使用半导体激光软钎焊系统对QFP100器件进行钎焊试验。试验结果表明:选用Sn-Ag-Cu焊膏进行激光钎焊试验,输出功率为38.3W,扫描速度为2mm/s时,钎焊焊点的外观良好,力学性能最为优良,无虚焊以及桥连缺陷的产生。对比Sn-Pb钎料焊点,Sn-Ag-Cu钎料焊点平均拉伸力更大,数据稳定,可靠性更高。通过改变激光输出功率,分析显微组织随激光输出功率变化的规律。结果表明:随着激光输出功率的增大,显微组织逐渐优化。当激光输出功率38.3W时,焊点组织均匀,晶粒细小,同时避免了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的过度生长,在钎料/基板界面处形成了厚度适中的金属间化合物层。此时,断口具有显著的韧窝形貌,断裂方式属于韧性断裂。当功率进一步增大时,金属间化合物进一步长大,导致断口韧窝大小不均,甚至出现了舌状花样,与之相对应,焊点的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂。对激光钎焊QFP器件进行热循环试验研究,并利用STR-1000微焊点强度测试仪对QFP微焊点强度进行测试,研究不同循环次数下QFP100器件焊点力学性能的变化规律。结果表明:随着热循环次数的增加,QFP微焊点拉伸力呈现明显下降趋势,焊点的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂。本文针对QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺所进行的系统、深入的研究,为半导体激光无铅钎焊的应用提供了理论依据和数据支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 QFP 封装器件组装中的无铅钎焊技术
• 1.2.1 表面组装技术中的钎焊技术
• 1.2.2 表面组装技术中无铅钎焊技术的特点
• 1.2.3 QFP 封装器件的无铅钎焊技术的发展
• 1.3 激光软钎焊技术的特点及发展趋势
• 1.3.1 激光软钎焊技术的发展背景
• 1.3.2 激光软钎焊技术的特点及分类
• 1.3.3 无铅激光软钎焊的技术特点
• 1.3.4 半导体激光软钎焊的发展趋势
• 1.4 QFP 封装器件半导体激光软钎焊的研究现状
• 1.4.1 QFP 封装器件激光软钎焊的发展
• 1.4.2 QFP 封装器件半导体激光无铅钎焊技术的特点
• 1.5 本文研究的主要内容及意义
• 第二章 试验材料与试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验设备
• 2.4 钎焊工艺
• 2.4.1 焊膏的涂敷
• 2.4.2 QFP 封装器件的贴装
• 2.4.3 半导体激光钎焊试验
• 2.4.4 焊后清洗与焊后检测
• 2.5 试验方法
• 2.5.1 QFP 封装器件的激光钎焊试验
• 2.5.2 QFP 封装器件焊点的抗拉强度试验
• 第三章 QFP 器件激光无铅钎焊焊点力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 QFP 封装器件激光钎焊焊点力学性能研究
• 3.3 钎焊条件对QFP 封装器件焊点力学性能影响的研究
• 3.4 无铅钎料与SN-PB 钎料焊点力学性能的对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 焊点及断口显微组织分析
• 4.1 引言
• 4.2 焊点显微组织分析
• 4.2.1 激光工艺参数对激光钎焊显微组织的影响规律
• 4.2.2 不同钎焊方法对焊点显微组织的影响规律
• 4.2.3 钎料/基板界面金属间化合物形成规律的研究
• 4.3 QFP 器件焊点断口显微组织分析
• 4.3.1 输出功率对焊点断口形貌组织影响规律
• 4.3.2 不同再流焊条件下QFP 器件焊点断口形貌分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 QFP 器件激光无铅钎焊焊点可靠性试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验方法与设备
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验设备
• 5.3 热循环试验
• 5.3.1 试验原理
• 5.3.2 试验标准
• 5.3.3 试验步骤
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 热循环对QFP 器件激光钎焊焊点力学性能的影响规律
• 5.4.2 不同钎料钎焊条件下QFP 器件焊点热循环失效规律
• 5.5 热循环对 QFP 器件焊点断口形貌影响分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文
• 附录