一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法技术

一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法，属于材料制备与连接领域，去除铜条截面有机污染物和氧化物，在两个铜条之间填入钎料焊膏，并放入回流焊炉进行焊接。焊接过程中最高温度略高于钎料焊膏熔点温度，在空气中冷却。该方法能够制备出具有细小的多晶粒的焊点，可以有效避免因一个晶粒或几个晶粒的损伤而带来的整个焊点的失效。

A preparation method with ultra fine grain butt joints

A method for preparing butt welding spot with super fine grains is developed, which belongs to the field of material preparation and connection. It removes organic contaminants and oxides from copper strips, filling solder paste between two copper strips and welding them into reflow furnace. The maximum temperature in the welding process is slightly higher than the melting point temperature of solder paste, and it is cooled in the air. The method can produce solder joints with small multiple grains, which can effectively avoid failure of the whole solder joint caused by a grain or several grain damage.

【技术实现步骤摘要】
一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法
本专利技术为一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法，属于材料制备与连接领域，适用于制备超多细小晶粒的对接焊点，应用于焊点的力学、热学以及电学的可靠性研究。该方法可以有效的保证对接焊点具有超多细小晶粒的形成，进而保证焊点不会因为一个或几个晶粒的损坏而失效。
技术介绍
焊点是微电子互连中不可或缺的组成部分，起到了机械连接、电信号传输和散热的作用。近些年，电子封装产品逐渐实现小型化和多功能化，封装密度不断提高，使得封装体中无铅互连焊点承受了更高的电流密度和焦耳热。较高的电流密度和温度的作用促进电迁移现象的发生，使金属原子从负极向正极迁移，导致负极处基板与界面金属间化合物(IntermetallicCompounds,IMC)溶解，产生空洞及裂纹，正极处大量IMC形成，从而加速焊点的失效，缩短焊点的寿命，成为互连焊点中重要的可靠性问题。无铅钎料主要为Sn基合金，其中Sn含量一般高于90wt.％，因而Sn的性质在很大程度上决定了无铅钎料焊点服役过程的表现。β-Sn具有体心四方晶体结构，其晶格常数为由于这种晶体结构，β-Sn晶粒在力学、热学、电学等性能上均呈现出不同程度的各向异性。研究表明，在25℃时，Cu沿β-Sn晶格c轴的扩散系数为2×10-6cm2/s，是其沿a、b轴的500倍。因此，无铅焊点晶粒取向对焊点电迁移、热疲劳等可靠性起到重要作用。而无铅焊点通常由一个或三个Sn晶粒构成，因此，焊点的可靠性更易受到晶粒取向的影响。目前，预测并控制Sn枝晶的生长模式是一个难题，而在焊接过程中，每个焊点都具有独特的晶粒取向，不能避免一些焊点的Sn晶粒取向对焊点可靠性不利，使得在电子产品使用中提前失效，缩短电子产品的寿命。因此，寻找一种能够降低晶粒取向对可靠性影响的手段十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服微型对接焊点晶粒取向的单一性，制备出超多细小晶粒的对接焊点。同时期望可以通过对超多细小晶粒焊点的焊后状态、拉伸、蠕变、老化、热疲劳和电迁移行为的表征，获得一系列可靠性数据，最终达到评价对接焊点可靠性的目的。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，分别用丙酮溶液和硝酸水溶液去除铜条上的有机污染物和氧化物，将铜条置于已粘附双面胶的基板上，留有间距以填充焊膏钎料，并保证两个铜条的焊接面互相平行，且垂直于基板；(2)，将选用的钎料焊膏填充入两个铜条的焊接面之间，并放入已经设置好温度曲线的回流焊炉中进行焊接。焊接过程中的峰值小于235℃且高于钎料熔点温度218℃，高于钎料熔点温度218℃所持续时间为40s～50s，随后空气中冷却；(3)，将粘在基板上焊接好的对接焊点浸泡在丙酮溶液中，以将对接焊点从基板上取下，得到具有一定晶粒取向的对接焊点。进一步，基板能够耐受钎料焊膏焊接温度。进一步，基板采用印刷电路板。本专利技术的优点在于能够控制对接焊点尺寸，保证微型对接焊点具有超多细小晶粒；工艺简单，成本低廉；同时获得的超多细小晶粒焊点能够满足拉伸、蠕变、老化、热疲劳和电迁移测试的各种要求，获得一系列焊点可靠性数据并进行评价。附图说明图1为本专利技术实施例微型对接焊点照片；图2为微型对接焊点取向分布图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明，但本专利技术不限于以下实施例。实施例1以下内容结合图1、2具体阐述本专利技术的实施方式。钎料焊膏保存在冰箱中，需提前2h从冰箱中取出，放在室温环境中以恢复焊膏的粘度，使用之前将钎料焊膏充分搅拌。具有超多细小晶粒的，截面尺寸为350μm×400μm，焊缝宽度为200μm的Cu/Sn3.5Ag/Cu对接焊点的制作。1、铜条通过线切割的方法制备，其尺寸为500μm×500μm×20mm；2、将铜条(纯度大于99.99wt％)放入丙酮溶液中，用超声波清洗5min，去除铜条表面污染物；将铜条取出，放入提前配置好的30vol.％硝酸水溶液中，用超声波清洗10min，去除铜条表面氧化物；接着将铜条取出，用乙醇溶液清洗并烘干；3、在20mm×40mm×1.5mm的印刷电路板(PrintedCircuitBoards,PCB)上粘附耐高温双面胶，并将铜条置于其上，同时保证铜条焊接截面间距为200μm，且相互平行；4、用牙签将Sn3.5Ag钎料焊膏填入于两个铜条之间，并将带有铜条与钎料焊膏的PCB板放入回流焊炉进行焊接，实际焊接温度最高为230℃，高于熔点温度(218℃)所持续时间为45s，空冷，获得Sn3.5Ag对接焊点；5、将样品连同PCB一起置于丙酮溶液中，将线性焊点取下，不经镶嵌，用2000号砂纸磨除多余钎料，所得线性焊点截面尺寸略大于350μm×400μm，并对指定观察面进行抛光；6、用正交偏振光显微镜(PolarizedLightMicroscopy,PLM)观察处理好的观察面，选取在PLM下呈现超多细小晶粒的对接焊点；7、获取观察面的电子背散射衍射(ElectronBack-scatteredDiffraction,EBSD)数据，确定对接焊点是否为具有超多细小晶粒的焊点，用软件Image测量晶粒平均直径为33μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，分别用丙酮溶液和硝酸水溶液去除铜条上的有机污染物和氧化物，将铜条置于已粘附双面胶的基板上，留有间距以填充焊膏钎料，并保证两个铜条的焊接面互相平行，且垂直于基板；(2)，将选用的钎料焊膏填充入两个铜条的焊接面之间，并放入回流焊炉中进行焊接，焊接过程中的峰值小于235℃且高于钎料熔点温度218℃，高于钎料熔点温度218℃所持续时间为40s～50s，随后空气中冷却；(3)，将粘在基板上焊接好的对接焊点浸泡在丙酮溶液中，以将对接焊点从基板上取下，得到具有晶粒取向的对接焊点；钎料焊膏为Sn3.5Ag共晶钎料。

【技术特征摘要】
1.一种具有超多细小晶粒对接焊点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，分别用丙酮溶液和硝酸水溶液去除铜条上的有机污染物和氧化物，将铜条置于已粘附双面胶的基板上，留有间距以填充焊膏钎料，并保证两个铜条的焊接面互相平行，且垂直于基板；(2)，将选用的钎料焊膏填充入两个铜条的焊接面之间，并放入回流焊炉中进行焊接，焊接过程中的峰值小于235℃且高于钎料熔点温度218℃，高于钎料熔点温度21...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭福，王雁，马立民，王乙舒，谭士海，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11