键合工艺对inxag复合颗粒tlp焊点组织和性能的影响【字数：18718】
随着3D封装的不断发展，人们对连接的方式提出了越来越高的要求，传统的封装工艺已经不能满足零件在高温下的服役性能，而瞬态液相扩散连接是以其在尺寸和重量方面缩小了器件尺寸、减轻了重量独特的优势成为3D封装中的很有发展前景的一种方法。本文采用不同的键合时间（0.5min、1min、5min、10min、30min、60min）、键合压力（0.3Mpa、0.7Mpa、1Mpa、2Mpa、3Mpa、5Mpa）和键合温度（130℃、170℃、200℃、230℃、260℃、300℃）进行键合，分析焊点的微观组织和界面IMC层，对焊点进行剪切试验，研究了键合工艺对In-xAg复合颗粒TLP焊点组织和性能的影响。研究结果表明In-50Ag为较优的钎料成分；随着键合时间、键合压力和键合温度的增加，焊点基体中的金属间化合物和界面IMC层从断续连成片，黑色的孔洞或未反应完的剩余In转变成金属间化合物（Ag，Cu）In?，在键合时间为30min，键合压力为3Mpa和键合温度为260℃时形成的金属间化合物（Ag，Cu）In?比例最大，强化了材料的组织结构；随着键合时间的增加，剪切强度总体趋势是先上升后下降，在30min时达到最大值，为8.76Mpa，随后又下降到5.45Mpa；随着键合压力的增加，剪切强度总体趋势是先上升后平稳，在3Mpa时达到最大值，为8.76Mpa，随后稳定在9.02Mpa；随着键合温度的增加，剪切强度总体趋势是先上升后下降，在260℃时达到最大值，为8.76Mpa，随后又下降到7.49Mpa；从剪切强度，金相组织以及加工工艺上综合考量，确定较优的键合工艺参数为30min，3MPa，260℃。
目录
1. 绪论1
1.1 课题简介及意义1
1.2 3D封装概述2
1.2.1 3D封装简介2
1.2.2 3D封装特点及性质3
1.3 TLP技术概述4
1.3.1 TLP技术简介4
1.3.2 TLP技术的特点4
1.3.3 TLP常用材料5
1.4 In基钎料概述5
1.4.1 无铅钎料的简介5
1.4.2 In基钎料的性能特点6
1.4.3 In基钎料的工艺性6
1.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
本课题所研究的主要内容和所用技术7
1.5.1 本课题的主要内容7
1.5.2 技术路线7
2. 试验步骤及所用方法8
2.1 InxAg复合颗粒制备8
2.1.1 试验材料8
2.1.2 InxAg钎料预试验及参数8
2.1.3 试验方法及步骤8
2.2 键合8
2.2.1 铜基板的尺寸及预处理8
2.2.2 键合工艺8
2.2.3 键合工艺过程及步骤9
2.3 金相试样制备与观察9
2.3.1 试样金相制备9
2.3.2 试样组织观察9
2.4 剪切试验10
2.4.1 剪切试样制备10
2.4.2 剪切试验及步骤10
3. 键合工艺对In50AgTLP焊点金相组织的影响11
3.1 不同键合时间下In50AgTLP焊点的显微组织11
3.1.1 键合时间对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响11
3.1.2 键合时间对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响13
3.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的显微组织13
3.2.1 键合压力对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响13
3.2.2 键合压力对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响15
3.3 不同键合温度下In50AgTLP焊点的显微组织15
3.3.1 键合温度对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响16
3.3.2 键合温度对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响17
4. 键合工艺对In50AgTLP焊点剪切性能的影响19
4.1 不同键合时间下In50AgTLP焊点的剪切强度19
4.1.1 剪切力和剪切面积19
4.1.2 不同键合时间下In50AgTLP焊点的剪切性能分析19
4.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的剪切强度20
4.2.1 剪切力和剪切面积20
4.2.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的剪切性能分析20
4.3 不同键合温度下In50AgTLP焊点的剪切强度21
4.3.1 剪切力和剪切面积21
4.3.2 不同键合温度下In50AgTLP焊点的剪切性能分析21
5. 结论23
参考文献24
致谢26
1.绪论
1.1课题简介及意义
现在国际上一般使用的无铅钎料合金有SnBi、SnZn、SnCu及SnAgCu等锡基合金在工作过程中，由于金属间化合物为硬脆相，焊点的性能会因此显著恶化，由于交变温度载荷的变化，界面的金属间及焊点内部化合物会快速生长。为了改善Sn基钎料的这一缺陷，使用In基钎料加Ag颗粒成为诸多研究者青睐的方法。本课题针对TLP工艺对InxAg复合颗粒进行TLP焊点金相组织和性能检测从而选择合适的键合工艺。In的熔点比Sn低很多，因此可以键合在更低的温度下键合，而Ag作为芯片内部互连材料可以满足芯片的性能，因此InxAg体系TLP焊点的研究具有重要的现实意义。由于不同工艺参数下InxAg复合颗粒TLP焊点表现出不同组织形态和性能的差异，而键合时间、键合温度、键合压力的一种或多种不同均对焊点高度、基体组织和IMC层的生长机理以及形貌的演变产生一定的影响。
钎焊从几千年以前就出现并一直使用到现在，并因为如今3D封装的崛起和发展让钎焊重新焕发不一样的生机。钎焊作为人类历史上已经存在了很久的焊接方式，也是目前3D封装最主要的焊接技术。当代对钎焊的定义为：钎焊是使用（或者焊接过程中形成钎料）比铜基板熔点低到一定程度的焊材，在比铜基板熔点低但是可以让焊材完全液化的焊接温度，待焊材液化后把两个铜基板粘结到一块的一种连接方式。钎焊时焊材处于液相线以下的状态而铜基板还是固相线以上的状态，液体焊材在两个铜基板之间或者是表面上部分浸润、产生毛细作用、进一步铺展充满两铜基板之间或表面上，并与铜基板之间扩散作用、反应产生新产物，等温度降到焊材固相线形成有一定性能的焊缝，铜基板之间被很好的粘结。钎焊是一项对技术含量要求较高的焊接方式并与熔化焊、压力焊一起形成了当代焊接方式的三大主流构成。美国焊接学会（AWS）以450℃为软硬钎焊的分水岭，规定焊接温度高于450℃的钎焊为硬钎焊，低于450℃为软钎焊，硬钎焊所用钎料称之为硬钎料，软钎焊所用钎料称之为软钎料。钎焊焊接方式的主要焊接过程是：用砂纸去除待焊铜基板的表面污渍、氧化物等并使金属表面拥有不错的浸润作用，使熔化的焊材萌购具有良好的润湿性，待冷却凝固后形成一层稳定的焊缝组织[13]。
目录
1. 绪论1
1.1 课题简介及意义1
1.2 3D封装概述2
1.2.1 3D封装简介2
1.2.2 3D封装特点及性质3
1.3 TLP技术概述4
1.3.1 TLP技术简介4
1.3.2 TLP技术的特点4
1.3.3 TLP常用材料5
1.4 In基钎料概述5
1.4.1 无铅钎料的简介5
1.4.2 In基钎料的性能特点6
1.4.3 In基钎料的工艺性6
1.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
本课题所研究的主要内容和所用技术7
1.5.1 本课题的主要内容7
1.5.2 技术路线7
2. 试验步骤及所用方法8
2.1 InxAg复合颗粒制备8
2.1.1 试验材料8
2.1.2 InxAg钎料预试验及参数8
2.1.3 试验方法及步骤8
2.2 键合8
2.2.1 铜基板的尺寸及预处理8
2.2.2 键合工艺8
2.2.3 键合工艺过程及步骤9
2.3 金相试样制备与观察9
2.3.1 试样金相制备9
2.3.2 试样组织观察9
2.4 剪切试验10
2.4.1 剪切试样制备10
2.4.2 剪切试验及步骤10
3. 键合工艺对In50AgTLP焊点金相组织的影响11
3.1 不同键合时间下In50AgTLP焊点的显微组织11
3.1.1 键合时间对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响11
3.1.2 键合时间对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响13
3.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的显微组织13
3.2.1 键合压力对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响13
3.2.2 键合压力对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响15
3.3 不同键合温度下In50AgTLP焊点的显微组织15
3.3.1 键合温度对In50AgTLP焊点的钎料基体组织的影响16
3.3.2 键合温度对In50AgTLP焊点界面IMC层组织形貌的影响17
4. 键合工艺对In50AgTLP焊点剪切性能的影响19
4.1 不同键合时间下In50AgTLP焊点的剪切强度19
4.1.1 剪切力和剪切面积19
4.1.2 不同键合时间下In50AgTLP焊点的剪切性能分析19
4.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的剪切强度20
4.2.1 剪切力和剪切面积20
4.2.2 不同键合压力下In50AgTLP焊点的剪切性能分析20
4.3 不同键合温度下In50AgTLP焊点的剪切强度21
4.3.1 剪切力和剪切面积21
4.3.2 不同键合温度下In50AgTLP焊点的剪切性能分析21
5. 结论23
参考文献24
致谢26
1.绪论
1.1课题简介及意义
现在国际上一般使用的无铅钎料合金有SnBi、SnZn、SnCu及SnAgCu等锡基合金在工作过程中，由于金属间化合物为硬脆相，焊点的性能会因此显著恶化，由于交变温度载荷的变化，界面的金属间及焊点内部化合物会快速生长。为了改善Sn基钎料的这一缺陷，使用In基钎料加Ag颗粒成为诸多研究者青睐的方法。本课题针对TLP工艺对InxAg复合颗粒进行TLP焊点金相组织和性能检测从而选择合适的键合工艺。In的熔点比Sn低很多，因此可以键合在更低的温度下键合，而Ag作为芯片内部互连材料可以满足芯片的性能，因此InxAg体系TLP焊点的研究具有重要的现实意义。由于不同工艺参数下InxAg复合颗粒TLP焊点表现出不同组织形态和性能的差异，而键合时间、键合温度、键合压力的一种或多种不同均对焊点高度、基体组织和IMC层的生长机理以及形貌的演变产生一定的影响。
钎焊从几千年以前就出现并一直使用到现在，并因为如今3D封装的崛起和发展让钎焊重新焕发不一样的生机。钎焊作为人类历史上已经存在了很久的焊接方式，也是目前3D封装最主要的焊接技术。当代对钎焊的定义为：钎焊是使用（或者焊接过程中形成钎料）比铜基板熔点低到一定程度的焊材，在比铜基板熔点低但是可以让焊材完全液化的焊接温度，待焊材液化后把两个铜基板粘结到一块的一种连接方式。钎焊时焊材处于液相线以下的状态而铜基板还是固相线以上的状态，液体焊材在两个铜基板之间或者是表面上部分浸润、产生毛细作用、进一步铺展充满两铜基板之间或表面上，并与铜基板之间扩散作用、反应产生新产物，等温度降到焊材固相线形成有一定性能的焊缝，铜基板之间被很好的粘结。钎焊是一项对技术含量要求较高的焊接方式并与熔化焊、压力焊一起形成了当代焊接方式的三大主流构成。美国焊接学会（AWS）以450℃为软硬钎焊的分水岭，规定焊接温度高于450℃的钎焊为硬钎焊，低于450℃为软钎焊，硬钎焊所用钎料称之为硬钎料，软钎焊所用钎料称之为软钎料。钎焊焊接方式的主要焊接过程是：用砂纸去除待焊铜基板的表面污渍、氧化物等并使金属表面拥有不错的浸润作用，使熔化的焊材萌购具有良好的润湿性，待冷却凝固后形成一层稳定的焊缝组织[13]。
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