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UBM (Under Bump Metallization)及各种焊盘表面的Au镀层会与Sn发生反应生成脆性的Au-Sn化合物。随着接头尺寸减小,Au在钎焊接头中的含量会大比例增加。此外,在MEMS (Micro Electromechanical System)、光电子、微传感器件及微波器件中,Au有时被直接用作焊接层。Au-Sn化合物的生长和形貌将对接头的性能和可靠性产生决定性影响,而激光加热的特点决定用该方法得到接头内部Au-Sn化合物的生长和形貌十分特殊。本文采用分别镀有不同厚度(0.1、0.5、0.9和4.0微米)Au层的焊盘,直径为120微米的Sn-3.5Ag-0.75Cu、Sn-2.0Ag-0.75Cu-3.0Bi和Sn-37Pb钎料球,研究激光重熔微小接头中Au含量对钎料合金与焊盘界面处Au-Sn化合物生长和演变的影响。结果表明,在老化过程中接头中的针状或层片状的AuSn4化合物均会发生粗化,并在界面处生成层状化合物,AuSn4化合物层厚度随着接头中Au含量的增加而增长。此外,还研究了焊盘表面镀有4.0微米厚Au层接头在老化过程中界面处AuSn4化合物反应动力学。结果表明,钎料合金成分对Au-Sn化合物的生长和演变速度影响巨大。Sn-3.5Ag-0.75Cu、Sn-2.0Ag-0.75Cu-3.0Bi和Sn-37Pb接头中AuSn4化合物的生长激活能分别为153.0、20.1和77.8kJ/mol。对激光重熔微小接头在老化过程中出现塌陷现象的机理进行研究,发现钎料合金中的Sn向微小接头边缘处富Au的Au-Sn化合物和剩余的Au层扩散,并发生反应,导致接头边缘处钎料合金中的Sn大量被消耗是塌陷现象产生的直接原因。随着Au层厚度的增长和Au在接头中所占比例的增加,Au-Sn反应会持续进行下去,塌陷现象将变得更为严重。而焊盘表面镀有较薄(0.1微米)Au层的接头,在重熔时Au即已经全部溶解进入接头,钎料与底层的Ni进行连接。在老化过程中,仅有Au-Sn化合物向Ni层的沉积,而没有Sn大量被消耗,不出现塌陷现象。在Sn基合金中添加不同含量的Pb、Bi、Sb、Ag、Cu和Zn合金元素,研究合金元素对激光重熔接头界面处Au-Sn化合物和相生长和演变的影响,发现Pb和Bi元素会促进Au-Sn化合物的生长,增加Pb和Bi元素含量,Au-Sn化合物的生长速度随之提高;Sb元素会促进Au-Sn化合物的生长,但如果增加较多的Sb元素,其对Au-Sn化合物生长的促进效果反而有所减弱;Ag元素会对Au-Sn化合物的生长具有抑制作用,但随着Ag含量的增多,其对Au-Sn化合物生长抑制的效果并没有发生叠加。Cu和Zn元素的作用机制与以上元素不同,Cu元素会与Sn和Au元素发生作用生成Sn-Cu-Au三元相取代界面处的AuSn4化合物;Zn元素则会与Au作用生成Zn-Au和Zn-Au-Sn相。增加Cu和Zn元素的含量对Au-Sn化合物生长的抑制效果更为显著。以八面体簇模型,采用相对论DV-Xα法计算合金元素对Au与Sn相互作用的影响,从原子轨道相互作用强弱变化的角度来研究不同接头中Au-Sn化合物生长情况的差异,并提出了合金元素对Au-Sn化合物演变影响的原子轨道相互作用机理。计算结果与试验的结论互相印证。