[發明專利]一種基于IMC厚度控制的再流焊工藝參數可靠性的設計方法

有效

• 申請號: 202011017534.7
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112183010B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 潘開林;李藝璇;龔雨兵;黃偉;李通;滕天杰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F30/39
• 分類號: G06F30/39;B23K1/012;G06F119/02;G06F119/04;G06F119/08
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 張學平

本發明公開了基于IMC厚度控制的再流焊工藝參數可靠性的設計方法，包括：確定回流焊的工藝參數，包括：第一工藝參數和第二工藝參數；基于所述回流焊的第一工藝參數完成正交實驗，得到正交實驗結果；基于所述第一工藝參數對樣品對進行焊接，得到鑲樣樣品；確定鑲樣樣品的IMC的實際厚度；基于所述正交實驗結果得到所述工藝參數與IMC的厚度的關系式；基于所述第二工藝參數以及所述第一工藝參數與IMC的厚度的關系式，得到IMC的理論厚度；通過所述IMC的實際厚度與所述IMC的理論厚度對所述第二工藝參數進行優化，輸出優化的工藝參數。本發明提供了一種將IMC厚度和工藝參數連接起來的方法，建立工藝參數與IMC厚度的關系式。根據關系式可以得到較為準確的工藝參數設置條件。

技術領域

本發明屬于微電子封裝領域，具體涉及一種基于IMC厚度控制的再流焊工藝參數可靠性的設計方法。

背景技術

Cu-Sn焊接廣泛用于電子產品，由于界面化學反應和擴散，在焊料和Cu焊盤之間形成金屬間化合物IMC。IMC主要由Cu6Sn5和Cu3Sn組成，層厚度為許多研究表明，適當厚度的IMC層將極大的提高焊點的可靠性，并且界面強度在很大程度上取決于界面之間IMC的形成和生長。由于不同材料之間的熱膨脹系數不匹配，容易產生裂紋，并且降低了焊點的疲勞壽命。隨著電子封裝技術的發展，焊點的尺寸已從數百微米減小到數十微米甚至幾微米。尺寸減小引起的IMC結構、成分和形態的變化對焊點的力學性能、界面強度、疲勞壽命等產生更大的影響。

從電子產品再流焊接工藝可靠性機理出發，影響再流焊接工藝可靠性因子很多，如焊接材料、印刷工藝、貼裝工藝等，行業內已經具備極其豐富的經驗來控制焊接材料、印刷工藝、貼裝工藝等非再流焊接工藝對可靠性造成的影響。本發明僅考慮與再流焊接工藝自身相關的可靠性影響因子，即再流焊接工藝爐溫曲線設置相關的影響因子。

航天產品常用的再流傳熱曲線一般由四個部分組成，即前三個加熱區(預熱區、保溫區、再流區)和最后一個冷卻區。

預熱區，用來將印制板的溫度從周圍環境溫度提升到所需的活性溫度，破壞金屬氧化膜使焊料合金粉表面清潔，有利于焊料的浸潤和焊點合金的生成。

保溫區，占整個加熱通道的33％～50％，作用是將印制板在相當穩定的溫度下受熱，允許不同質量的元件的溫度趨于一致，減少它們之間的溫差，并允許助焊劑活性化，將焊盤、焊料球及元件引腳上的氧化物除去。

再流區的作用是防止焊料或金屬繼續氧化、增加焊料的流動性、進一步提高焊料和焊盤之間的浸潤能力、并將印制板裝配的溫度從活性溫度提高到所推薦的峰值溫度。

冷卻區使得熔化的焊料從液態轉變為固態。此溫區的冷卻速率和焊點質量息息相關，較快的冷卻速率有助于形成緊密的焊點，焊點質量高，結合完整性好。過慢的冷卻速率將產生過多的金屬化合物，焊點疲勞壽命下降；過快的冷卻速率將會引起元件、基板和焊點之間的熱不匹配，導致焊點脫落。

目前，對再流焊工藝參數與IMC厚度之間的研究主要是在各個不同的溫區，對這些溫區共同作用的結果尚未給出明確的研究結果。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于IMC厚度控制的再流焊工藝參數可靠性的設計方法，用于解決現有技術的至少一個缺陷。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于IMC厚度控制的再流焊工藝參數可靠性的設計方法，包括：

確定回流焊的工藝參數，包括：第一工藝參數和第二工藝參數；

基于所述回流焊的第一工藝參數完成正交實驗，得到正交實驗結果；

基于所述第一工藝參數對樣品對進行焊接，得到鑲樣樣品；

確定鑲樣樣品的IMC的實際厚度；

基于所述正交實驗結果得到所述工藝參數與IMC的厚度的關系式；