一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法技术

本发明专利技术公开了基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，包括：确定回流焊的工艺参数，包括：第一工艺参数和第二工艺参数；基于所述回流焊的第一工艺参数完成正交实验，得到正交实验结果；基于所述第一工艺参数对样品对进行焊接，得到镶样样品；确定镶样样品的IMC的实际厚度；基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式；基于所述第二工艺参数以及所述第一工艺参数与IMC的厚度的关系式，得到IMC的理论厚度；通过所述IMC的实际厚度与所述IMC的理论厚度对所述第二工艺参数进行优化，输出优化的工艺参数。本发明专利技术提供了一种将IMC厚度和工艺参数连接起来的方法，建立工艺参数与IMC厚度的关系式。根据关系式可以得到较为准确的工艺参数设置条件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法
本专利技术属于微电子封装领域，具体涉及一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法。
技术介绍
Cu-Sn焊接广泛用于电子产品，由于界面化学反应和扩散，在焊料和Cu焊盘之间形成金属间化合物IMC。IMC主要由Cu6Sn5和Cu3Sn组成，层厚度为许多研究表明，适当厚度的IMC层将极大的提高焊点的可靠性，并且界面强度在很大程度上取决于界面之间IMC的形成和生长。由于不同材料之间的热膨胀系数不匹配，容易产生裂纹，并且降低了焊点的疲劳寿命。随着电子封装技术的发展，焊点的尺寸已从数百微米减小到数十微米甚至几微米。尺寸减小引起的IMC结构、成分和形态的变化对焊点的力学性能、界面强度、疲劳寿命等产生更大的影响。从电子产品再流焊接工艺可靠性机理出发，影响再流焊接工艺可靠性因子很多，如焊接材料、印刷工艺、贴装工艺等，行业内已经具备极其丰富的经验来控制焊接材料、印刷工艺、贴装工艺等非再流焊接工艺对可靠性造成的影响。本专利技术仅考虑与再流焊接工艺自身相关的可靠性影响因子，即再流焊接工艺炉温曲线设置相关的影响因子。航天产品常用的再流传热曲线一般由四个部分组成，即前三个加热区(预热区、保温区、再流区)和最后一个冷却区。预热区，用来将印制板的温度从周围环境温度提升到所需的活性温度，破坏金属氧化膜使焊料合金粉表面清洁，有利于焊料的浸润和焊点合金的生成。保温区，占整个加热通道的33％～50％，作用是将印制板在相当稳定的温度下受热，允许不同质量的元件的温度趋于一致，减少它们之间的温差，并允许助焊剂活性化，将焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物除去。再流区的作用是防止焊料或金属继续氧化、增加焊料的流动性、进一步提高焊料和焊盘之间的浸润能力、并将印制板装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。冷却区使得熔化的焊料从液态转变为固态。此温区的冷却速率和焊点质量息息相关，较快的冷却速率有助于形成紧密的焊点，焊点质量高，结合完整性好。过慢的冷却速率将产生过多的金属化合物，焊点疲劳寿命下降；过快的冷却速率将会引起元件、基板和焊点之间的热不匹配，导致焊点脱落。目前，对再流焊工艺参数与IMC厚度之间的研究主要是在各个不同的温区，对这些温区共同作用的结果尚未给出明确的研究结果。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，用于解决现有技术的至少一个缺陷。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，包括：确定回流焊的工艺参数，包括：第一工艺参数和第二工艺参数；基于所述回流焊的第一工艺参数完成正交实验，得到正交实验结果；基于所述第一工艺参数对样品对进行焊接，得到镶样样品；确定镶样样品的IMC的实际厚度；基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式；基于所述第二工艺参数以及所述第一工艺参数与IMC的厚度的关系式，得到IMC的理论厚度；通过所述IMC的实际厚度与所述IMC的理论厚度对所述第二工艺参数进行优化，输出优化的工艺参数。可选地，所述回流焊的工艺参数包括：回流温度、回流时间、保温温度、保温时间、冷却温度、预热温度、预热时间、冷却时间、冷却速率。可选地，每个工艺参数至少包括3个水平。可选地，通过热电偶测量温度。可选地，所述确定镶样样品的IMC的实际厚度，包括：获取所述镶样样品在电子显微镜下的IMC的形貌照片；基于所述IMC的形貌照片得到IMC层区域的面积S、此区域的宽度L；根据镶样样品在电子显微镜下的IMC的形貌照片得到IMC的实际厚度h＝S/L。可选地，通过PS测量得到IMC层区域的面积S、此区域的宽度L。可选地，所述正交实验为均匀正交或非均匀正交。可选地，所述基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式，包括：对所述正交实验结果进行回归分析，得到所述工艺参数与IMC厚度的关系式。如上所述，本专利技术的一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，具有以下有益效果：本专利技术不仅将回流区的工艺参数(温度和时间)考虑为影响IMC厚度的影响因子，同时将保温区、冷却区的工艺参数一并作为影响IMC厚度的影响因子考虑在本专利技术中。将这些影响因子作为正交实验的因素，每种因素设置三种不同的的水平，来设计实验，经方差分析和回归分析，最终得到再流焊接工艺参数与IMC厚度之间的关系式。本专利技术提供了一种将IMC和工艺参数连接起来的方法，建立工艺参数与IMC厚度的关系式。根据关系式可以得到较为准确的工艺参数设置条件，同时也为后续的力学特性、疲劳寿命等的计算提供了便利的联结点。附图说明图1为本专利技术一实施例一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法的流程图；图2为本专利技术一实施例采用的三明治扩散偶的互连结构示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本实施例提供一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，包括：S11确定回流焊的工艺参数，包括：第一工艺参数和第二工艺参数；S12基于所述回流焊的第一工艺参数完成正交实验，得到正交实验结果；S13基于所述第一工艺参数对样品对进行焊接，得到镶样样品；S14确定镶样样品的IMC的实际厚度；S15基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式；S16基于所述第二工艺参数以及所述第一工艺参数与IMC的厚度的关系式，得到IMC的理论厚度；S17通过所述IMC的实际厚度与所述IMC的理论厚度对所述第二工艺参数进行优化，输出优化的工艺参数。在一实施例中，镶样样品可以采用如图2所示的三明治扩散偶的互连结构，图中单位为mm。钎料跟铜板之间区域全部焊合。在一实施例中，所述回流焊的工艺参数包括：回流温度、回流时间、保温温度、保温时间、冷却温度、预热温度、预热时间、冷却时间、冷却速率。其中，每个工艺参数至少括3个水平，而正交实验可以是均与匀正交实验，也可以是非均匀正交实验。以下例子是采用实际生产生活中的焊点进行的一次正交实验，回流炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，其特征在于，包括：/n确定回流焊的工艺参数，包括：第一工艺参数和第二工艺参数；/n基于所述回流焊的第一工艺参数完成正交实验，得到正交实验结果；/n基于所述第一工艺参数对样品对进行焊接，得到镶样样品；/n确定镶样样品的IMC的实际厚度；/n基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式；/n基于所述第二工艺参数以及所述第一工艺参数与IMC的厚度的关系式，得到IMC的理论厚度；/n通过所述IMC的实际厚度与所述IMC的理论厚度对所述第二工艺参数进行优化，输出优化的工艺参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，其特征在于，包括：
确定回流焊的工艺参数，包括：第一工艺参数和第二工艺参数；
基于所述回流焊的第一工艺参数完成正交实验，得到正交实验结果；
基于所述第一工艺参数对样品对进行焊接，得到镶样样品；
确定镶样样品的IMC的实际厚度；
基于所述正交实验结果得到所述工艺参数与IMC的厚度的关系式；
基于所述第二工艺参数以及所述第一工艺参数与IMC的厚度的关系式，得到IMC的理论厚度；
通过所述IMC的实际厚度与所述IMC的理论厚度对所述第二工艺参数进行优化，输出优化的工艺参数。


2.根据权利要求1所述的基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，其特征在于，所述回流焊的工艺参数包括：回流温度、回流时间、保温温度、保温时间、冷却温度、预热温度、预热时间、冷却时间、冷却速率。


3.根据权利要求2所述的基于IMC厚度控制的再流焊工艺参数可靠性的设计方法，其特征在于，每个工艺参数至少包括3个水平。


4.根据权利要求2所述的基于IMC厚度控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘开林，李艺璇，龚雨兵，黄伟，李通，滕天杰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45