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激光喷射作用下SnAgCu无铅钎料与Au/Ni/Cu焊盘润湿行为的研究

作　者: 袁明珠
导　师: 李明雨；余拥根
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 反应性润湿激光喷射 SnAgCu无铅钎料 Au/Ni/Cu焊盘
分类号: TG425
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

反应润湿是指在润湿过程中同时发生界面反应(生成金属间化合物或者发生溶解反应)的一种特殊润湿过程,Sn基钎料在Au/Ni/Cu基板上的润湿便属于反应润湿。本文基于应用喷射钎料球键合技术实现硬盘磁头与飞机仔互连的工艺过程,对Sn基钎料在相互垂直的Au/Ni/Cu基板上的反应性润湿过程进行了实验研究和理论研究,探索了在激光喷射钎料球键合下的这个反应性润湿过程的特征。通过不同激光能量下的喷射钎料球键合实验发现,钎料熔滴的初始温度是影响焊点形态的决定因素。只有当初始温度达到一定值时才能提供完成润湿铺展所需的热量,从而形成完整焊点;而初始温度是由激光能量来决定的,激光能量过低时,润湿铺展会停止过早,导致润湿不良,所以调节激光能量,可以改善焊点的最终形态。对润湿前沿形态和材料学分析发现,润湿铺展过程中焊盘表面的Au不断溶解进入钎料中,并随着钎料的流动不断聚集到润湿前沿,在润湿前沿形成一个富Au区。AuSn4是稳态结构,中间的AuSn2最终也向AuSn4转化。润湿前沿的Au会有剩余,但是Au在足够长的时间和足够高的温度范围内,会完全反应掉。通过液滴法分析了Sn基钎料在Au/Ni/Cu基板上反应性润湿的过程,从热力学和动力学角度阐述了钎料在相互垂直的Au/Ni/Cu基板上出现不同润湿范围的机理。主要与Cu层厚度和Au层厚度有关。对于影响润湿铺展的众多因素,本文结合实际生产情况,着重从两个方面入手:材料因素和工艺因素。材料因素又包括氧化膜的影响?粗糙度的影响?钎料成分的影响及有机溶剂的影响;工艺因素主要是激光能量和氮气压力的影响。另外通过正交分析软件确定了激光参数的工艺曲线中,第一段的激光能量和第三段的脉冲时间是输出激光能量的决定性因素。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 课题来源背景与研究的目的及意义  9-10
  1.2 相关研究与知识综述  10-16
    1.2.1 再流焊的方法比较  10-11
    1.2.3 反应性润湿和非反应性润湿  11-12
    1.2.4 Au-Sn反应性润湿  12-15
    1.2.5 Au/Ni/Cu镀层的研究  15-16
  1.3 关于反应性润湿的热动力学和动力学的概述  16-20
    1.3.1 反应性润湿的热动力学研究  16
    1.3.2 反应性润湿铺展的动力学研究  16-20
  1.4 本文研究内容  20-21
第2章润湿铺展行为的研究  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 实验设备方法工艺  21-24
    2.2.1 PacTech SB~2-R-Jet激光喷射系统及其工作过程  21
    2.2.2 实验材料及实验方法  21-23
    2.2.3 实验原理与过程  23-24
  2.3 实验结果与分析  24-29
    2.3.1 钎料的润湿铺展及凝固过程  24-25
    2.3.2 润湿过程中的界面反应  25-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章钎料在两侧焊盘润湿不同步的分析及润湿类型的推断  31-40
  3.1 引言  31-32
  3.2 钎料在垂直焊盘两侧润湿铺展不同步的分析  32-38
    3.2.1 热力学角度分析  32-34
    3.2.2 动力学角度分析  34-38
  3.3 反应类型的确定  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章影响润湿铺展的因素  40-60
  4.1 影响润湿铺展的因素概述  40-44
    4.1.1 基板表面粗糙度  40-42
    4.1.2 表面的异质元素  42
    4.1.3 助焊剂的影响  42-43
    4.1.4 温度的影响  43-44
    4.1.5 添加微量元素的影响  44
    4.1.6 液体性质影响  44
  4.2 润湿评价方法  44-45
  4.3 影响因素分析  45-59
    4.3.1 材料因素  45-55
    4.3.2 工艺因素影响  55-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-68
致谢  68

激光喷射作用下SnAgCu无铅钎料与Au/Ni/Cu焊盘润湿行为的研究

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