熱梯度在錫膏焊接中的應(yīng)用-深圳市福英達
熱梯度在錫膏焊接中的應(yīng)用-深圳市福英達
當前微電子行業(yè)的封裝朝著高密度和小體積方向發(fā)展，此舉顯然是為了拓展摩爾定律。因此在封裝中用到的錫膏/焊點往往直徑細小。微小焊點內(nèi)的晶粒的類型和性質(zhì)對于研究焊點的性質(zhì)變得至關(guān)重要。熱梯度鍵合是一種目前討論較多的焊接方法，不少人認為熱梯度的應(yīng)用能夠通過固液互擴散鍵合控制金屬間化合物(IMCs)定向生長，從而獲得特定性能的微小焊點。與之相反的是，固液互擴散鍵合在等溫條件下需要很長時間來形成完整的IMCs，并且IMCs的取向很難精確控制。
1. 熱梯度鍵合實驗
為了深入了解熱梯度對焊接的影響。Zhang等人采用了SAC305來鍵合上下端的銅焊盤。兩個銅焊盤的尺寸都為10×10×2mm。熱梯度鍵合采用加熱臺來實現(xiàn)，加熱臺的熱端溫度為400℃，冷端溫度為100℃。
圖1. 熱梯度鍵合實驗。
2. 熱梯度鍵合實驗結(jié)果
在加熱過程中，可以明顯觀察到Cu6Sn5的形成。在Cu6Sn5和Cu焊盤之間的較薄IMC層是Cu3Sn。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，熱梯度鍵合使IMCs生長速度發(fā)生變化。在熱端IMCs沒有表現(xiàn)出明顯的生長，而冷端的IMCs生長速度很快。隨著鍵合時間的增加，冷端IMCs數(shù)量顯著增加，而熱端IMCs變化不明顯。此外，隨著焊料層厚度增加，Cu6Sn5在熱梯度鍵合焊點中呈現(xiàn)出細長的柱狀形態(tài)。不同的是，等溫焊接下的IMCs在焊點兩端基本是對稱生長。
圖2. 熱梯度鍵合的IMC生長。焊料層厚度: (a)20μm; (b)60μm; (c)100μm。
當焊料層厚度為20μm時，熱梯度鍵合冷端IMCs的生長速度最快。隨著厚度增加，冷端IMCs生長速度受鍵合時間的影響會逐漸減弱。因此熱梯度鍵合可以通過控制焊料層厚度和鍵合時間來制造全IMC焊點。
下圖顯示了Cu/SAC305/Cu焊點中Sn晶界的錯位取向分布。等溫鍵合和熱梯度鍵合的錯位取向分布大致在0°-15°和55°-65°之間。然而，等溫鍵合會使Sn晶界的錯位取向分布更為分散，而熱梯度鍵合能讓對單個焊點中的Sn分布更集中。
圖3. Sn晶界的錯位取向分布。焊料層厚度：(a)20μm(熱梯度); (b)60μm(熱梯度); (c)100μm(熱梯度); (d)100μm(等溫)。
3. 福英達錫膏
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4. 參考文獻
Zhang, Z.Z., Hu, X.W., Chen, W.J., Tan, S.F., Chen, B., Wang, J., Jiang, J., Huang, Y.F., Zhu, G.Y., He, Y.S., Jiang, X.X. & Li, Q.L. (2023). Study of microstructure, growth orientations and shear performance of Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu solder joints by using thermal gradient bonding. Materials Characterization, vol.203.
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