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块体金与薄膜金上的焊料反应研究

【摘要】:另外,金凸点可通过较薄的一层焊料或锡来完成连接。当金凸点上的焊料层较薄时,焊点在回流工艺中可以完全转变为金锡金属间化合物。我们需要通过多个温度下的锡铅金三元相图的等温截面来比较其润湿反应和固态老化过程,而这些相图是基于优化的二元系统通过进一步计算获得的。图7.14~所示为160℃、200℃、225℃和330℃环境下的锡铅金三元相图。在200℃时,熔融焊料在形成AuSn4前可溶解质量分数约为4.5%的金。

金和钯这两者的作用功能基本相同,即表面钝化和增强润湿性,而它们的主要区别在于金在熔融锡铅共晶焊料中的溶解度很高,在220℃环境下其溶解度为7.8%(质量分数)。当熔融焊料接头溶解大量金时,金锡化合物在凝固过程中会析出,并形成脆性焊料接头或“冷接头”。另外,金凸点可通过较薄的一层焊料或锡来完成连接。虽然相对于软焊料凸点而言,金凸点具有更好的尺寸稳定性及抗蠕变性能,但它们界面的抗断裂性能和耐疲劳性能均较差。当金凸点上的焊料层较薄时,焊点在回流工艺中可以完全转变为金锡金属间化合物。如果金属间化合物又薄又脆,它将不能承受较大程度的热应变。在第1章的芯片直接贴装技术中,我们已经具体讨论过热应变产生的原因[42-53]

我们需要通过多个温度下的锡铅金三元相图的等温截面来比较其润湿反应和固态老化过程,而这些相图是基于优化的二元系统通过进一步计算获得的。图7.14(a)~(d)所示为160℃、200℃、225℃和330℃环境下的锡铅金三元相图。在200℃时,熔融焊料在形成AuSn4前可溶解质量分数约为4.5%的金。由于AuSn4在金上并不稳定,我们推测在AuSn4和金之间会有其他化合物形成,如AuSn2和AuSn。

图7.14 不同温度下的锡铅金三元相图(由得州仪器公司的K.Zeng博士提供)

(a)160℃;(b)200℃;(c)225℃;(d)330℃