激光喷射钎料球微焊点空洞形成机理研究

论文摘要

随着电子封装互连焊点的尺寸越来越小,焊点内的空洞缺陷逐渐成为影响封装可靠性的关键问题之一引起广泛关注。本课题针对SnAgCu焊点的空洞现象进行探索,研究了焊点空洞产生的影响因素,建立了空洞形成模型。实验过程中采用激光喷射钎料球键合技术制作焊点。本课题建立了焊点空洞的接受标准,并根据空洞形态、尺寸和分布位置将空洞分为三类:界面空洞、内部空洞和外部空洞。实验分析了焊盘表面物质,没有发现明显的污染物,空洞形成与焊盘表面污染物无关。试验中发现钎料球的外表光滑,内部也无预制空洞,采用SnPb共晶钎料对比试验时,发现也有空洞存在,表明空洞的形成和材料无关;当激光能量增大时,空洞数量增多,单个空洞体积增大,而降低能量时又会出现焊接不良缺陷,空洞的形成与激光能量有关。深入研究发现,在相互垂直的两个焊盘上,空洞缺陷多集中在竖直焊盘侧,分析两种含盘结构发现竖直侧焊盘Au镀层较厚,而镀Au工艺也有差别。试验确定形成空洞气体的来源是Au镀层中残留易分解物质苯乙烯。熔融的高温钎料球在Au焊盘润湿铺展的过程中,使Au镀层中的苯乙烯分解形成气体,在钎料凝固过程中,气孔未来得及长大存在于界面处形成界面空洞,没能逃逸出钎料在焊点内形成内部空洞,暴露出来形成外部空洞。激光喷射钎料球键合空洞的形成是激光能量较高和Au镀层污染物高温裂解的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 激光钎焊研究现状
• 1.2.1 钎料喷射技术概述
• 1.2.2 SnAgCu钎料简介
• 1.3 激光与材料之间的相互作用
• 1.3.1 激光与材料的相互作用的物态变化
• 1.3.2 材料对激光的吸收
• 1.4 国内外空洞研究现状
• 1.4.1 空洞形成的影响因素
• 1.4.2 激光与材料相互作用中空洞形成研究现状
• 1.5 本课题研究内容
• 第2 章材料及试验方法
• 2.1 材料及焊点制备
• 2.1.1 焊盘结构和尺寸
• 2.1.2 钎料球的选择
• 2.1.3 实验设备和激光喷射钎焊
• 2.2 实验过程概述
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 TOF-SIMS分析
• 2.3.2 SEM分析
• 2.4 本章小结
• 第3 章形成焊点空洞影响因素的研究
• 3.1 空洞分析
• 3.1.1 空洞的接受标准
• 3.1.2 空洞的形态
• 3.1.3 空洞分布位置
• 3.2 空洞对焊点可靠性影响
• 3.3 成分分析
• 3.4 激光能量影响
• 3.5 氮气压力影响
• 3.6 钎料的影响
• 3.7 本章小结
• 第4 章焊点空洞形成模型探讨
• 4.1 激光辐照钎料球
• 4.2 钎料熔滴喷射瞬间的高速摄影
• 4.2.1 实验材料准备与Angel soldering 实验
• 4.2.2 钎料球喷射瞬间的高速摄影
• 4.3 不同激光能量下的接头形态
• 4.4 熔融钎料润湿铺展过程分析
• 4.5 焊点空洞形成模型
• 4.5.1 TOF-SIMS分析两焊盘表面
• 4.5.2 不同激光能量下两种焊盘喷射钎料球对比
• 4.5.3 焊盘高温裂解质谱分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢