双超声激励Cu/Al锡球异材互连工艺研究

来源 :重庆理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LVBIN0077
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随着5G技术的发展和人们对电子产品微小薄型化的持续需求,将免热芯片铝电极、免热沉陶瓷等同异质材料实现直接低温互连将成为未来重要的研究方向。本文采用独特的双超声焊接工艺和40%Zn+60%SAC0307焊料实现了Cu/Al异材低温互连,研究了双超声的增益作用、超声开启的顺序、超声的功率等对于Cu/Cu(Al)互连质量的影响,初步探究了双超声互连机理。得出以下结论:(1)基于超声的激励和共振作用,双超声的增益效果显著。同质互连时,双超声同时开启效果更加显著;异质互连时,热-声同时加载于铝侧效果更加显著。Cu/Cu双超声焊点焊缝质量良好,上下界面IMC均为CuZn4+Cu5Zn8,焊点剪切强度可以达到45.43MPa,为同样功率下单超声焊点剪切强度的1.5倍。Cu/Al双超声焊点Cu侧均为CuZn4+Cu5Zn8,Al侧为Al-Zn固溶体,焊点剪切强度(铝下)达到26.99MPa,较同样功率下单超声焊点提升了约40%。(2)焊接温度为200℃时,采用上超声800W、下超声400W的双超声工艺,Cu/Cu双超声焊点剪切强度达到最大,为47.69MPa,焊点均断裂在焊料层处,断口有大量的抛物线状韧窝。焊接温度为220℃时,采用上超声800W、下超声300W的双超声工艺,Cu/Al双超声焊点剪切强度达到最大,为34.49MPa,断裂位置位于焊料层处,断口表面韧窝数量较多且分布较为均匀。(3)焊接温度为200℃时,采用上超声800W、下超声400W的双超声工艺,在4#SAC0307+1μm Zn、4#SAC0307+45μm Zn、5μm SAC0307+1μm Zn、500nm SAC0307+1μm Zn、500nm SAC0307+100nm Zn五种焊料中,4#SAC0307+45μm Zn所得Cu/Cu双超声焊点剪切强度达到最大,为50.99MPa;当焊接温度为220℃时,采用上超声800W、下超声300W的双超声工艺,五种焊料组合中4#SAC0307+45μm Zn所得Cu/Al双超声焊点剪切强度达到最大,为38.79MPa。
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