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1、碩士學(xué)位論文Cu/Sn/Ni體系瞬態(tài)液相軟釬焊工藝及互連機(jī)理研究STUDYONTHEINTERCONNECTIONMECHANISMOFTLPBONDINGPROCESSINCu/Sn/NiSYSTEM董紅杰哈爾濱工業(yè)大學(xué)2016年6月圖內(nèi)圖書分類號(hào)：TG453.9學(xué)校代碼：10213國(guó)外圖書分類號(hào)：621.791.1密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文Cu/Sn/Ni體系瞬態(tài)液相軟釬焊工藝及互連機(jī)理研究碩士研究生：董紅杰導(dǎo)師：趙洪運(yùn)教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：船舶與海洋工程所在單位：船舶與海洋工程學(xué)院答辯日期：2016年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
2、ClassifiedIndex:TG453.9U.D.C:621.797.DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEINTERCONNECTIONMECHANISMOFTLPBONDINGPROCESSINCu/Sn/NiSYSTEMCandidate:DongHongjieSupervisor:Prof.ZhaoHongyunAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeinEngineeringSpeciality:Shipandoceanengin
3、eeringAffiliation:SchoolofshipandoceanengineeringDateofDefence:July,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要SiC作為新一代的寬帶系半導(dǎo)體材料，以其為基礎(chǔ)制備的高溫功率器件得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這必然對(duì)封裝互連技術(shù)和材料提出了新的挑戰(zhàn)，開發(fā)出能夠提供高溫條件下可靠互連的芯片接合技術(shù)成為了封裝技術(shù)領(lǐng)域最重要的研究方向之一。高熔點(diǎn)合金釬料和納米銀漿等存在成本高、工
4、藝復(fù)雜等諸多不足，為應(yīng)對(duì)這一技術(shù)挑戰(zhàn)，瞬態(tài)液相擴(kuò)散連接（TLP）技術(shù)被應(yīng)用于高溫功率器件的封裝互連，該方法可以在較低的燒結(jié)溫度下形成具備高熔點(diǎn)特性的金屬間化合物接頭，可以滿足焊點(diǎn)或互連接頭對(duì)高溫可靠性的要求。本文通過TLP技術(shù)分別完成了Cu/Sn/Cu、Ni/Sn/Ni以及Cu/Sn/Ni的互連，并在TLP技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用對(duì)試件施加超聲的方法，在極短時(shí)間內(nèi)獲得金屬間化合物接頭。并分別對(duì)互連工藝中界面冶金反應(yīng)、焊縫微觀組織形貌、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。采用TLP工藝，完成了Cu/Cu、Ni/Ni同質(zhì)金屬的互連，并通過延長(zhǎng)等溫反應(yīng)時(shí)間，最終
5、均獲得了全金屬間化合物接頭。隨著等溫反應(yīng)的進(jìn)行，擴(kuò)散機(jī)制由晶界擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)轶w擴(kuò)散，造成金屬間化合物層的生長(zhǎng)速率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在兩種體系中，不同金屬間化合物的形核長(zhǎng)大過程不同，在Cu/Sn/Cu體系中，Cu3Sn和Cu6Sn5金屬間化合物均在界面處形核長(zhǎng)大；而在Ni/Sn/Ni體系中，Ni3Sn4金屬間化合物的形核長(zhǎng)大過程發(fā)生在固液界面處和液態(tài)Sn釬料中。Cu6Sn5、Cu3Sn和Ni3Sn4金屬間化合物的杰克遜因子存在差異，導(dǎo)致晶粒具有不同的形貌特征。與傳統(tǒng)釬料接頭相比較，全金屬間化合物接頭的剪切強(qiáng)度相對(duì)較高，可以滿足封裝互連中
6、對(duì)力學(xué)性能的需求。采用TLP工藝，完成了Cu/Ni異質(zhì)金屬的互連。在Cu/Sn/Ni體系的冶金反應(yīng)過程中，由于Cu-Ni交互作用，在液態(tài)Sn釬料中形成Cu的濃度梯度，導(dǎo)致Sn/Ni和Sn/Cu界面處(Cu,Ni)6Sn5金屬間化合物在生長(zhǎng)速率、形貌、元素組分等方面存在著很大的差異，隨著反應(yīng)溫度的升高，固液界面類型由粗糙型界面轉(zhuǎn)變?yōu)閹в行∑矫嫣卣鞯慕缑妗y(cè)得全金屬間化合物接頭的重熔溫度為418.4oC，可以滿足互連接頭對(duì)熱力學(xué)穩(wěn)定性的要求?；ミB接頭的平均剪切強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度升高略有降低，最高剪切強(qiáng)度為31.4MPa。在Cu/Sn/Ni體系中，采用
7、超聲輔助TLP工藝在極短的時(shí)間了獲得來了全金屬間化合物接頭。超聲波的空化效應(yīng)造成金屬基板的剝落和溶解，聲流效應(yīng)促進(jìn)了元素的擴(kuò)散過程，界面處的冶金反應(yīng)行為完全不同于傳統(tǒng)的焊接方法，空化氣泡的爆-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文破伴隨著極大能量的釋放，促進(jìn)了Cu、Ni的溶解和擴(kuò)散，提高了Cu、Ni在熔融態(tài)釬料中的溶解度，并隨著超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu、Ni在液相Sn釬料中的過飽和度越大，促進(jìn)了全金屬間化合物接頭的形成。關(guān)鍵詞：瞬態(tài)液相擴(kuò)散；超聲輔助；Cu/Ni交互作用；冶金反應(yīng)；金屬間化合物-II-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractH
8、ighpowerdeviceshasbeenrapidlydevelopedandwidelyused,whichisonthebasisofSiC,
