【摘 要】
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随着5G时代的到来,电子产品朝着功能多样化、高功率化和体积小型化趋势快速发展,对电子器件封装工艺及互连焊点可靠性提出了更高的要求。Sn-Ag-Cu系无铅钎料合金因其良好的综合性能在微电子封装领域得到广泛的应用。但是Sn-Ag-Cu系钎料合金的熔点仅约220℃,已不适用于更高温度的工作环境,由于Sn-Cu金属间化合物熔点高、强度大,开发Sn-Cu全金属间化合物焊点对于高温环境服役具有重大的意义。本课
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随着5G时代的到来,电子产品朝着功能多样化、高功率化和体积小型化趋势快速发展,对电子器件封装工艺及互连焊点可靠性提出了更高的要求。Sn-Ag-Cu系无铅钎料合金因其良好的综合性能在微电子封装领域得到广泛的应用。但是Sn-Ag-Cu系钎料合金的熔点仅约220℃,已不适用于更高温度的工作环境,由于Sn-Cu金属间化合物熔点高、强度大,开发Sn-Cu全金属间化合物焊点对于高温环境服役具有重大的意义。本课题使用低成本生物质残渣（废咖啡渣）和简单的球磨均质化/煅烧步骤制备的碳质材料（Carbon from spend coffee grounds,C-SCG）,作为增强相添加至低银锡基锡膏;增强后的焊锡膏填充进比表面积大的泡沫铜,提高Cu、Sn有效反应面积;将填充锡膏的泡沫铜轧制成数十微米的金属箔片,减少焊缝间距、缩短Sn-Cu全金属间化合物形成时间。最后使用瞬态液相连接方法将金属箔片作为中间层连接Ni基板和Cu基板异种材料,获得耐高温300℃以上的高熔点焊缝,达到“低温回流、高温服役”的目的。复合钎料润湿性采用铺展面积法评价了不同C-SCG含量对Sn-Ag-Cu钎料润湿性能的影响,添加适量的C-SCG有助于改善Sn-Ag-Cu钎料的润湿性能,C-SCG含量在0.005%时铺展面积最大,润湿性能最佳,由于C-SCG的聚集现象,添加过多C-SCG会降低钎料的润湿性。利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer,EDS）对Cu/Sn-0.3Ag-0.7Cu-x（SCG）/Cu焊点基体组织、界面金属间化合物（Intermetallic Compound,IMC）生长进行分析,C-SCG可抑制焊点中扇贝状IMC层生长,使得扇贝状凸起更为明显,C-SCG含量为0.01%时IMC厚度最低,与未添加相比降低了35.71%。测试了C-SCG含量对焊点力学性能的影响,焊点的剪切强度最高时C-SCG含量为0.02%,与未添加相比提高了28.4%。最后探究了焊接时间对焊点微观组织和剪切强度的影响,焊接时间为20min时焊缝中Sn原子完全参与反应,焊缝由Cu6Sn5、Cu3Sn和Cu骨架组成,形成了可承受更高温度工作环境的全IMC焊点。焊接时间5min时,焊点的剪切强度最高为36.96MPa。综上所述,本文成功制备了一种可用于第三代功率半导体的高温互连材料,能够在低温下键合并能够在高温下服役保持稳定结构的Ni/Solder/Cu焊点。
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