时效处理对in50ag复合颗粒tlp焊点组织和性能的影响【字数：12144】
摘 要随着社会的高速发展，人们对高温材料的使用性能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，而瞬时液相扩散焊可以满足这一要求。本文采用不同的时效时间（24h、72h、120h、168h）和时效温度（220℃、260℃、300℃）对瞬时液相扩散焊焊点进行时效处理，分析焊点的微观组织和界面IMC层，对焊点进行剪切试验，系统地研究了时效处理对In-50Ag复合颗粒TLP焊点组织和性能的影响。研究结果表明In-50Ag复合颗粒TLP焊点结构主要由Ag大颗粒、In金属和AgIn2化合物组成，焊点中有少量的孔洞和裂纹，组织呈连续或断续；随着时效时间的增加，In-50Ag复合颗粒TLP焊点的显微组织中孔洞和裂纹逐渐增多，并且AgIn2化合物的含量明显减少，界面IMC层厚度呈上升的趋势，焊点的剪切强度呈下降的趋势；随着时效温度的上升，In-50Ag复合颗粒TLP焊点的显微组织中孔洞和裂纹逐渐增多，并且AgIn2化合物的含量明显减少，当温度达到300℃时，焊点处孔洞裂纹急剧增加，界面IMC层厚度呈上升的趋势，焊点的剪切强度呈下降的趋势。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外课题研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 2
1.3 瞬时液相扩散焊（TLP）原理 3
1.4 瞬时液相连接（TLP）与传统钎焊的区别 4
1.4.1 中间层与钎料的区别 4
1.4.2 TLP与钎焊氧化物破碎及分散机理的不同 4
1.4.3 TLP与钎焊的凝固机制不同 5
1.4.4 母材与钎料、中间层的相互作用 5
1.5时效处理工艺 5
1.6课题研究主要内容 6
第二章 试验过程及研究方法 7
2.1 试验过程概述 7
2.2 试验材料和设备 7
2.2.1 试验材料 7
2.2.2 试验设备 7
2.3 试验方法 7
2.3.1 铜板的制备 7
2.3.2 In50Ag焊点的键合工艺 8
2.3.3 In *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
50Ag键合试样的时效处理 8
2.3.4 In50Ag键合试样的显微组织分析和力学性能测试 8
第三章 时效时间和时效温度对焊点组织的影响 9
3.1 引言 9
3.2 时效时间对焊点显微组织和界面生长的影响 9
3.2.1时效时间对焊点显微组织的影响 9
3.2.2 时效时间对焊点界面IMC生长的影响 11
3.3时效温度对焊点显微组织和界面生长的影响 11
3.3.1时效温度对焊点显微组织的影响 11
3.3.2 时效温度对焊点界面IMC生长的影响 12
第四章 时效时间和时效温度对焊点剪切性能的影响 13
4.1 引言 13
4.2 剪切强度 13
4.3 时效时间对焊点剪切性能的影响 13
4.4 时效温度对焊点剪切性能的影响 14
第五章 试验过程遇到的问题与解决措施 16
5.1 试验过程遇到的问题 16
5.2 解决措施 16
第六章 结论与展望 17
6.1结论 17
6.2展望 17
参考文献 18
致谢 19
绪论
课题研究背景及意义
芯片封装已经进入3D封装时代，瞬态液相连接以其独有的优势成为芯片连接中很有发展前景的一种方法。3D封装是在2DMCM技术基础上发展起来的高级多芯片组件技术，采用三维结构形式对IC芯片进行三维集成的技术。越来越多的人开始研究先进的3D封装技术，与传统的芯片级封装、晶圆级封装等电子封装工艺相比，3D封装大大减小了封装尺寸和重量，封装步骤也变得更加简洁，同时能够降低成本，这是因为3D封装工艺取代了常规的单芯片封装技术。并且3D封装还可以提高电子系统的可靠性和整体性能，其封装的零件可以获得高性能，还能够解决传统封装技术的噪音问题[1]。同时在航天航空、汽车、深井钻井和能源生产等工业运用中，对高温运行的动力器件需求被广泛的提出，这给封装零件和芯片材料的可靠性、使用寿命提出了更高的要求。传统的焊接方法由于母材发生了局部的融化,焊接后会出现较大的焊点和热影响区,容易产生明显的宏观变形和焊接残余应力,从而大大降低了焊件的性能，不利于焊后零件进行长时间的服役。在一些焊件关键部位因为其焊接性差很可能影响到局部服役性能明显下降，从而给生产和生活带来了很多麻烦。传统的封装材料和微连接方式无法满足电力器件封装的较高要求，为了满足各类零件的性能需要开发新的低温互连技术。由于金属间化合物(IMCS)的形成，瞬态液相键合可以同时满足低温连接高温服役的要求，同时由于其高效率、高性能、体积小等封装优点，瞬态液相键合（TLP)已经受到许多研究人员的青睐。
瞬态液相键合（TLP)采用低温钎料Sn或In，在较低的温度下就可以键合，其键合后的焊点尺寸很小，有效解决了传统焊接方法焊点粗大的问题，同时焊接形成的焊点基本由IMC层和金属间化合物组成，焊点具有高性能。通过TLP连接形成的IMC层具有很高的熔点，因此可以达到低温键合高温服役的效果，极大地解决了一般焊接出现的问题[2]。目前3D封装的研究方向主要集中在Sn基钎料焊点，对于In基钎料却很少有相关的报道，In是银白色并带有淡蓝色的金属，质地非常软，同时其熔点比Sn低很多，In有良好的塑性和延展性，可压成片，并且可以在较低的温度下实现键合。而Ag是从自然银和其它银矿物中提取出的一种银白色金属，其硬度为2.7，密度为10.53克／立方厘米，具有优异的导电性、导热性和延展性，同时Ag作为芯片内部互连材料具有良好的性能。
研究时效处理对In50Ag复合颗粒TLP焊点组织和力学性能的影响规律，从而为提高研究In50Ag复合颗粒TLP焊点的可靠性提供理论指导。
1.2国内外课题研究现状
1.2.1国外研究现状
随着经济的高速发展，人们对焊接质量的要求越来越高，而传统的焊接方法已经不能保证焊接接头的优良性能，同时单一金属的焊接性已经不能满足复杂严峻的现实问题，需要通过复合材料间的连接来提高焊接接头的综合力学性能，从而满足生产中的大量需求。
TLP连接方法最初的应用是建立在同相、同组分系统基础上的，而现代TLP理论是建立在二元共晶合金系统基础上的。1955年Tiner通过钎焊进行高温连接Ag时，发现焊接接头中间层中没有Ag颗粒的存在，同时对接头拉伸试验发现其剪切强度非常高。1961年Owezarski[3]等人第一次提出了与瞬时液相扩散焊相似的概念，在研究时他没有找到连接Zr合金和304不锈钢的合适钎料，所有直接将两种金属颗粒简单的对接起来，通过高温扩散控制两者金属材料的共晶反应，最终形成了四元低熔共晶液相系统，由于界面上形成了中间金属相混合物，焊接形成的接头具有较高的强度硬度，同时可以获得良好的抗腐蚀性能，但是接头的塑性低。1970年Hoppin在连接Ni基合金时提出了扩散连接的概念，这是在TLP连接过程中使用熔点抑制剂最早的文献。瞬时液相扩散焊焊接形成的接头具有很高的性能，因此这种连接方法被人们广泛运用。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外课题研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 2
1.3 瞬时液相扩散焊（TLP）原理 3
1.4 瞬时液相连接（TLP）与传统钎焊的区别 4
1.4.1 中间层与钎料的区别 4
1.4.2 TLP与钎焊氧化物破碎及分散机理的不同 4
1.4.3 TLP与钎焊的凝固机制不同 5
1.4.4 母材与钎料、中间层的相互作用 5
1.5时效处理工艺 5
1.6课题研究主要内容 6
第二章 试验过程及研究方法 7
2.1 试验过程概述 7
2.2 试验材料和设备 7
2.2.1 试验材料 7
2.2.2 试验设备 7
2.3 试验方法 7
2.3.1 铜板的制备 7
2.3.2 In50Ag焊点的键合工艺 8
2.3.3 In *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
50Ag键合试样的时效处理 8
2.3.4 In50Ag键合试样的显微组织分析和力学性能测试 8
第三章 时效时间和时效温度对焊点组织的影响 9
3.1 引言 9
3.2 时效时间对焊点显微组织和界面生长的影响 9
3.2.1时效时间对焊点显微组织的影响 9
3.2.2 时效时间对焊点界面IMC生长的影响 11
3.3时效温度对焊点显微组织和界面生长的影响 11
3.3.1时效温度对焊点显微组织的影响 11
3.3.2 时效温度对焊点界面IMC生长的影响 12
第四章 时效时间和时效温度对焊点剪切性能的影响 13
4.1 引言 13
4.2 剪切强度 13
4.3 时效时间对焊点剪切性能的影响 13
4.4 时效温度对焊点剪切性能的影响 14
第五章 试验过程遇到的问题与解决措施 16
5.1 试验过程遇到的问题 16
5.2 解决措施 16
第六章 结论与展望 17
6.1结论 17
6.2展望 17
参考文献 18
致谢 19
绪论
课题研究背景及意义
芯片封装已经进入3D封装时代，瞬态液相连接以其独有的优势成为芯片连接中很有发展前景的一种方法。3D封装是在2DMCM技术基础上发展起来的高级多芯片组件技术，采用三维结构形式对IC芯片进行三维集成的技术。越来越多的人开始研究先进的3D封装技术，与传统的芯片级封装、晶圆级封装等电子封装工艺相比，3D封装大大减小了封装尺寸和重量，封装步骤也变得更加简洁，同时能够降低成本，这是因为3D封装工艺取代了常规的单芯片封装技术。并且3D封装还可以提高电子系统的可靠性和整体性能，其封装的零件可以获得高性能，还能够解决传统封装技术的噪音问题[1]。同时在航天航空、汽车、深井钻井和能源生产等工业运用中，对高温运行的动力器件需求被广泛的提出，这给封装零件和芯片材料的可靠性、使用寿命提出了更高的要求。传统的焊接方法由于母材发生了局部的融化,焊接后会出现较大的焊点和热影响区,容易产生明显的宏观变形和焊接残余应力,从而大大降低了焊件的性能，不利于焊后零件进行长时间的服役。在一些焊件关键部位因为其焊接性差很可能影响到局部服役性能明显下降，从而给生产和生活带来了很多麻烦。传统的封装材料和微连接方式无法满足电力器件封装的较高要求，为了满足各类零件的性能需要开发新的低温互连技术。由于金属间化合物(IMCS)的形成，瞬态液相键合可以同时满足低温连接高温服役的要求，同时由于其高效率、高性能、体积小等封装优点，瞬态液相键合（TLP)已经受到许多研究人员的青睐。
瞬态液相键合（TLP)采用低温钎料Sn或In，在较低的温度下就可以键合，其键合后的焊点尺寸很小，有效解决了传统焊接方法焊点粗大的问题，同时焊接形成的焊点基本由IMC层和金属间化合物组成，焊点具有高性能。通过TLP连接形成的IMC层具有很高的熔点，因此可以达到低温键合高温服役的效果，极大地解决了一般焊接出现的问题[2]。目前3D封装的研究方向主要集中在Sn基钎料焊点，对于In基钎料却很少有相关的报道，In是银白色并带有淡蓝色的金属，质地非常软，同时其熔点比Sn低很多，In有良好的塑性和延展性，可压成片，并且可以在较低的温度下实现键合。而Ag是从自然银和其它银矿物中提取出的一种银白色金属，其硬度为2.7，密度为10.53克／立方厘米，具有优异的导电性、导热性和延展性，同时Ag作为芯片内部互连材料具有良好的性能。
研究时效处理对In50Ag复合颗粒TLP焊点组织和力学性能的影响规律，从而为提高研究In50Ag复合颗粒TLP焊点的可靠性提供理论指导。
1.2国内外课题研究现状
1.2.1国外研究现状
随着经济的高速发展，人们对焊接质量的要求越来越高，而传统的焊接方法已经不能保证焊接接头的优良性能，同时单一金属的焊接性已经不能满足复杂严峻的现实问题，需要通过复合材料间的连接来提高焊接接头的综合力学性能，从而满足生产中的大量需求。
TLP连接方法最初的应用是建立在同相、同组分系统基础上的，而现代TLP理论是建立在二元共晶合金系统基础上的。1955年Tiner通过钎焊进行高温连接Ag时，发现焊接接头中间层中没有Ag颗粒的存在，同时对接头拉伸试验发现其剪切强度非常高。1961年Owezarski[3]等人第一次提出了与瞬时液相扩散焊相似的概念，在研究时他没有找到连接Zr合金和304不锈钢的合适钎料，所有直接将两种金属颗粒简单的对接起来，通过高温扩散控制两者金属材料的共晶反应，最终形成了四元低熔共晶液相系统，由于界面上形成了中间金属相混合物，焊接形成的接头具有较高的强度硬度，同时可以获得良好的抗腐蚀性能，但是接头的塑性低。1970年Hoppin在连接Ni基合金时提出了扩散连接的概念，这是在TLP连接过程中使用熔点抑制剂最早的文献。瞬时液相扩散焊焊接形成的接头具有很高的性能，因此这种连接方法被人们广泛运用。
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