纳米银焊膏贴装片式电阻的可靠性研究

采用纳米银焊膏对片式电阻进行表面贴装,并且通过加速老化试验模拟片式电阻焊点的服役环境,研究了不同的环境可靠性条件下焊点界面的显微组织演变以及力学性能的变化。结果表明,纳米银焊膏采用无压烧结工艺能够实现片式电阻的表面贴装。经过环境可靠性验证后,虽然片式电阻焊点横截面的显微组织出现粗化现象,剪切断口的塑性变形区域逐渐缩小,但是其力学性能仍然满足GJB548B一2005《微电子器件试验方法和程序》的规定。

电子封装用Au-20Sn钎料研究进展

Au-20Sn钎料具有优异的综合性能且适用于无钎剂钎焊,在微电子器件和光电子器件封装领域占据重要地位。近年来,国内外学者对金锡钎料的研究工作不断深入,金锡钎料制备工艺及焊点可靠性研究已成为电子封装领域的研究热点。然而,Au-20Sn钎料在发展和应用过程中仍受到以下问题的严重制约:第一,Au-20Sn钎料铸态组织中由于存在脆性金属间化合物(IMC),难以采用常规方法加工成形;第二,钎料中贵金属金含量太高(约为80%),导致钎料价格昂贵;第三,Au-20Sn钎料在制造过程中难免会存在夹杂物,影响钎料的使用性能和连接质量;第四,有关Au-20Sn钎料的焊点可靠性研究尚未见系统报道。Au-20Sn钎料铸态组织粗大,IMC分布不均匀,导致合金脆性较大,难以通过传统铸造轧制工艺制备出符合使用要求的Au-20Sn钎料。因此,研究者们不断优化Au-20Sn钎料的制备方法,采用熔铸增韧等工艺有效控制了Au-20Sn钎料制备过程中脆性IMC的形成和分布,大幅提高了Au-20Sn钎料的使用性能。在高可靠性电子封装及芯片封装中,电子元器件通常使用镀层提高可焊性。铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)是电子封装中常用的基板材料和表面金属化层,Au-20Sn钎料与镀层金属形成的焊点界面IMC是实现可靠性连接的基础。目前,有关Au-20Sn钎料与不同镀层金属之间相互作用的研究主要集中在钎焊过程中焊点界面IMC的演变及时效过程中焊点可靠性的影响机制。除了对Au-20Sn钎料制备工艺进行优化和探索不同界面反应外,不少研究者尝试对焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性问题进行研究。通过不断优化钎焊工艺参数,制定合理的工艺规范,采用焊点钎着率和钎缝气密性作为评价大功率电子及光电子器件性能及其稳定运行的重要指标。本文重点介绍并分析了Au-20Sn钎料的优点以及其制备的难点,阐述了Au-20Sn钎料在无钎剂封装焊点钎着率和钎缝气密性等可靠性的研究进展,详细讨论了Au-20Sn钎料与不同镀层的界面反应问题,探讨了Au-20Sn钎料研发、制备和应用过程中存在的问题及解决措施,从而为Au-20Sn钎料的生产与应用提供理论指导。

金基中低温钎料的研究现状与展望

随着电子封装技术的发展以及无铅化进程的推进,目前已开发了诸多无铅钎料合金体系用于代替Sn-Pb钎料,但在熔化温度为280~400 ℃之间的无铅钎料封装领域,价格高昂的Au-Sn、Au-Si、Au-Ge等金基低温钎料是唯一可代替高温Sn-Pb钎料的合金体系,并凭借其优良的钎焊性能被广泛应用于电子封装等领域。然而,随着电子器件高集成度、高功率化发展,熔点低于400 ℃的金基低温钎料已不能完全满足封装要求,亟需开发熔点在400~600 ℃之间的中温钎料。目前,熔化温度在280~600 ℃之间的金基钎料合金体系是高温电子封装的主要选择,甚至部分钎料是唯一的选择。金基钎料虽然具有优良的电导率、热导率、耐腐蚀性能、力学性能和高可靠性等优点,但由于组成相具有高脆性而难以加工成型,加工难度大、成品率低、产品性能差等严重影响了钎料的使用。此外,金基钎料中Au含量普遍较高,使用成本高昂。因此,一直以来除了研究金基钎料的加工工艺外,研究者们在采用合金元素替代Au元素以及开发新的金基合金体系等方面进行了大量探索。针对金基钎料高脆性、难加工的特点,研究人员开发了铸造拉拔轧制法、叠层冷轧法、甩带快速凝固法与电镀沉积法等制备方法,实现了厚度为0.1 mm以下箔材的生产。合金元素对金基钎料的影响研究表明,低熔点合金元素(如Sn、Sb、In等)能降低Au-Ge钎料的熔点,少量Sb的添加还能增强Au-Ge钎料的延展性能,Sb与Sn还能抑制钎焊界面反应层的过度生长。在诸多的金基合金体系中,Au-Ag-Si、Au-Ag-Ge、Au-In、Au-Ga等合金体系作为潜在的新型金基中温钎料得到了关注。这些钎料合金因具有高脆性而无法采用常规方法进行加工成型;同时也因具有优异的润湿铺展性能和良好的力学性能而易于推广应用。本文归纳了金基中低温钎料的研究现状,对金基中低温钎料的性能、特点、应用领域以及合金元素影响等进行了介绍,概述了高脆性中低温金基钎料的各种加工方法及其优缺点,重点分析并比较了Au-Ag系、Au-In系与Au-Ga系中温钎料的性能特征。最后,在评述和归纳现有文献的基础上,对金基中低温钎料的发展方向进行了展望。

纳米颗粒增强无铅钎料的研究进展

电子产业的发展离不开封装材料的进步。随着科学技术的进步,电子器件集成度逐渐提高,引脚尺寸和间距不断减小,而电子产品的服役条件也日趋复杂,因此对钎料的性能要求越来越严苛。与无铅钎料相比,传统的SnPb钎料因为成本低廉、性能优异,得到了电子工业的青睐。随着人们环保意识的提高,有毒元素铅在电子产业中的使用受到了限制,推动了电子封装材料朝着无铅化发展。但是目前,无铅钎料合金体系均存在成本高、润湿性差、可靠性不足、熔化特性与生产体系不匹配等问题,难以满足电子工业发展的需要。因此,探索改善无铅钎料性能的方法,研发性能优异的无铅钎料以替代SnPb钎料成为电子封装领域研究的一个热点。目前无铅钎料改性的研究主要集中在微合金化和纳米颗粒增强两个方面。微合金化就是向钎料中添加微量的合金元素,通过改变钎料合金成分来改善钎料的组织性能。无铅钎料微合金化的研究起步较早,目前已经取得了大量的研究成果,添加如Ag、In等元素均可以显著改善钎料的力学性能和可靠性,其中稀土元素由于活性较高,被视为无铅钎料合金化的理想合金元素。但是微合金化只能部分地提高钎料的性能,还不能满足生产的需要。纳米材料以其特殊的尺寸效应和优异的理化特性而受到广泛关注,同时纳米颗粒作为增强材料,在改善金属材料组织性能方面也具有非常明显的作用。将细小的纳米颗粒弥散地分布于钎料基体中,能够显著影响无铅钎料的性能,这也是一个较为新颖的研究方向。常见的纳米增强颗粒主要有金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒和碳基材料纳米颗粒等。本文综合评述了纳米颗粒增强无铅钎料的研究进展。首先对目前纳米颗粒复合无铅钎料的三种制备方法的工艺特点进行了介绍;然后讨论了不同类型的纳米颗粒对SnAgCu、SnZn、SnBi和SnCu几种应用广泛的无铅钎料组织性能的影响,如微观组织、力学性能、润湿性能、熔化特性和可靠性等,同时对纳米颗粒增强无铅钎料的作用机理进行了分析;最后整理了目前纳米颗粒增强无铅钎料存在的不足,并对其未来的发展趋势进行了分析与展望,以期能够为未来无铅钎料的研究提供一定的参考。

颗粒形貌对银焊膏无压烧结行为的影响

本工作选用了不同颗粒形貌的烧结银焊膏,通过对银焊膏低温无压烧结性能、焊点显微组织及力学性能进行系统分析,阐述了不同颗粒形貌银焊膏的连接机理。片状颗粒银焊膏无压烧结驱动力较低,烧结表面存在较多的孔隙,对应焊点的抗剪强度仅为9.63 MPa,烧结银层断裂时的塑性变形程度较低;球形颗粒银焊膏具有较大的比表面积,能够实现致密化烧结过程,对应的无压烧结银焊点的抗剪强度可以达到25.3 MPa,烧结银层在断裂过程中具有一定程度的塑性变形;复合颗粒银焊膏的焊点抗剪强度则能达到32.5 MPa,主要原因是复合颗粒银焊膏具有更大的堆垛密度和烧结驱动力,同时纳米银颗粒能够有效填充大尺寸银颗粒孔隙,对应的焊点烧结银层呈现出典型的塑性变形特征。