【摘 要】
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电子封装的发展带来集成电路的微型化,这要求焊点应具有更高的可靠性。IMC作为焊点连接的基础,强烈影响着焊点的可靠性,在以往的研究中,大多聚焦于Cu6Sn5的研究,鲜少有对Cu3Sn做相对系统的研究。本文用回流焊的工艺,结合相应的表征手段、模拟技术,深入研究了回流工艺（回流温度、时间、冷却速率、回流次数）,基底材料取向,焊点成分和尺寸作用下钎焊液-固反应过程界面金属间化合物Cu3Sn相的生长机理及动
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电子封装的发展带来集成电路的微型化,这要求焊点应具有更高的可靠性。IMC作为焊点连接的基础,强烈影响着焊点的可靠性,在以往的研究中,大多聚焦于Cu6Sn5的研究,鲜少有对Cu3Sn做相对系统的研究。本文用回流焊的工艺,结合相应的表征手段、模拟技术,深入研究了回流工艺（回流温度、时间、冷却速率、回流次数）,基底材料取向,焊点成分和尺寸作用下钎焊液-固反应过程界面金属间化合物Cu3Sn相的生长机理及动力学,清晰地揭示出各工艺下钎焊界面反应过程,并基于本论文的研究最后制备出全Cu3Sn焊点。论文获得主要结论如下:1.界面Cu3Sn的增长与回流温度和时间呈正相关,回流温度和回流时间都能促进Cu3Sn的生长,焊接时间增加或者温度升高,Cu3Sn在整个界面IMC中的厚度比例就越大;随着冷却速度的降低,整个Cu6Sn5-Cu3Sn IMC层中Cu3Sn的厚度比例越大。此外,薄层的Cu6Sn5和Cu3Sn在空气冷却下的界面上形成,而厚的扇形Cu6Sn5和层状Cu3Sn在炉冷却下出现。在多次回流中,一方面,焊料中Cu的浓度随着回流时间的增加而增加,这与IMC的持续增长和溶解密切相关;另一方面,不仅Cu6Sn5晶粒的尺寸增加,而且随着回流次数的增加,其形态也从扇贝状变为棱柱状,在多次回流过程中,焊料中Cu浓度的变化导致了Cu6Sn5的生长速度的波动;在多次回流过程中,由于Cu浓度的波动,焊料的维氏硬度和熔点也随之波动。2.Ag在Sn-x Ag/Cu焊点回流过程界面反应中,焊点内Ag浓度越高界面Cu3Sn层生长;作为界面IMC主要组成元素之一的Cu,在Sn-x Cu/Cu焊点回流过程中,其浓度越大,钎料内部的Cu浓度梯度越小,界面Cu3Sn尺寸越大;Sn/Cu焊点的尺寸效应现象主要呈现为:焊点尺寸越小,界面IMC晶粒越呈现尺寸较大、侧面较完整的六棱柱状,Cu3Sn层厚度也越大,因为尺寸越小的Sn/Cu焊点内的Cu浓度越高并且冷却速率也较大,更利于界面Cu3Sn及IMC棱柱状晶粒的横向生长。3.基于前文的研究,在升温的温度设计下增加回流焊次数并采用较小的冷却速率可得到全Cu3Sn金属间化合物接头。
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