隨著(zhu)“后摩(mo)爾時代”的(de)(de)來(lai)臨，小芯(xin)片(pian)異構集成(cheng)將成(cheng)為(wei)(wei)半導體封裝的(de)(de)主流趨(qu)勢。為(wei)(wei)實(shi)現靈活的(de)(de)模塊化集成(cheng)和片(pian)上系統(tong)集成(cheng)，小芯(xin)片(pian)往(wang)往(wang)需要(yao)在3D方向上進行封裝。然(ran)而，3D封裝技術也帶來(lai)了一(yi)些挑戰，如大功率電(dian)子元件(jian)散熱(re)(re)問題和對不同(tong)熱(re)(re)敏部(bu)件(jian)的(de)(de)互(hu)連要(yao)求。在這種情況下(xia)，激(ji)光焊接(jie)作為(wei)(wei)一(yi)種局部(bu)非接(jie)觸加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)焊接(jie)工藝，逐漸成(cheng)為(wei)(wei)了一(yi)種替代傳統(tong)回流焊接(jie)的(de)(de)方法。

實驗設計與結果

為了研究激光焊(han)(han)接(jie)和回流(liu)焊(han)(han)接(jie)對焊(han)(han)點界面(mian)IMC（金(jin)屬間化合物(wu)）生長的影響，工程師(shi)采用直徑為100μm的SAC305焊(han)(han)料球，在含(han)有Ni-P UBM（鎳磷合金(jin)底(di)層(ceng)）的硅基中(zhong)介層(ceng)上進行焊(han)(han)接(jie)。實(shi)驗(yan)中(zhong)，激光焊(han)(han)接(jie)的能量設(she)定為7.5mJ，回流(liu)焊(han)(han)的峰值溫(wen)度設(she)為250℃。

實驗(yan)結(jie)果顯示(shi)，不同(tong)(tong)焊(han)接(jie)工藝下得(de)到的(de)(de)SAC305微凸(tu)點(dian)的(de)(de)界面IMC及焊(han)料基體(ti)的(de)(de)厚(hou)度和(he)形貌(mao)存在顯著(zhu)差異。激(ji)光焊(han)接(jie)后的(de)(de)界面IMC呈(cheng)顆粒(li)狀，厚(hou)度約為0.6μm；而回(hui)流焊(han)后的(de)(de)IMC則呈(cheng)針狀，厚(hou)度達(da)到1.3μm。此(ci)外，激(ji)光焊(han)接(jie)后的(de)(de)微凸(tu)點(dian)基體(ti)中存在小粒(li)狀的(de)(de)(Cu, Ni)6Sn5顆粒(li)，回(hui)流焊(han)后的(de)(de)微凸(tu)點(dian)基體(ti)中則觀察到相(xiang)對較大的(de)(de)IMCs顆粒(li)。同(tong)(tong)時，Ni-P UBM在回(hui)流焊(han)過程(cheng)中被大量消耗(hao)，而在激(ji)光焊(han)接(jie)過程(cheng)中的(de)(de)消耗(hao)較少。

在150°C等溫老(lao)化(hua)(hua)條件下，無(wu)論(lun)是激(ji)光焊(han)(han)接(jie)還是回流焊(han)(han)接(jie)，IMC的(de)(de)(de)厚(hou)度都隨老(lao)化(hua)(hua)時間(jian)的(de)(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)加。經過一(yi)定時間(jian)的(de)(de)(de)老(lao)化(hua)(hua)，激(ji)光焊(han)(han)接(jie)微凸點(dian)中的(de)(de)(de)(Cu, Ni)6Sn5顆粒(li)由(you)小顆粒(li)狀轉變為(wei)扇貝狀，回流焊(han)(han)微凸點(dian)中的(de)(de)(de)IMC則(ze)由(you)針狀逐漸(jian)生長(chang)為(wei)短(duan)棒(bang)狀。盡管激(ji)光焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)(Cu, Ni)6Sn5顆粒(li)體積較小，但由(you)于其晶界較大，原(yuan)子擴散更容易導致晶粒(li)生長(chang)速(su)度明顯(xian)加快。然而，激(ji)光焊(han)(han)接(jie)后的(de)(de)(de)IMC厚(hou)度仍然明顯(xian)薄于回流焊(han)(han)接(jie)后的(de)(de)(de)IMC。

剪切強度分析

剛焊(han)(han)接(jie)完成時，激光焊(han)(han)接(jie)微(wei)(wei)凸點的(de)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)強(qiang)度(du)(du)略高于(yu)回流焊(han)(han)接(jie)微(wei)(wei)凸點。工(gong)程(cheng)師(shi)認為這是由于(yu)激光焊(han)(han)接(jie)過程(cheng)中析出的(de)微(wei)(wei)小顆(ke)粒(li)較多(duo)，有(you)助于(yu)抑制裂紋擴展。然(ran)而，當老(lao)化(hua)(hua)時間(jian)達到100小時時，兩種焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝下的(de)微(wei)(wei)凸點剪(jian)(jian)切(qie)(qie)強(qiang)度(du)(du)均(jun)出現明(ming)顯下降(jiang)。隨(sui)著老(lao)化(hua)(hua)時間(jian)的(de)進一(yi)步增(zeng)加，剪(jian)(jian)切(qie)(qie)強(qiang)度(du)(du)的(de)變化(hua)(hua)趨于(yu)平緩。此外，對于(yu)多(duo)次回流過程(cheng)而言，激光焊(han)(han)接(jie)能(neng)夠(gou)使微(wei)(wei)凸點保(bao)持更高的(de)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)強(qiang)度(du)(du)。隨(sui)著回流次數的(de)增(zeng)加，激光焊(han)(han)接(jie)和回流焊(han)(han)微(wei)(wei)凸點的(de)剪(jian)(jian)切(qie)(qie)強(qiang)度(du)(du)均(jun)略有(you)下降(jiang)。

綜上所(suo)述，激光(guang)焊接(jie)和回流焊接(jie)在焊點(dian)界(jie)面(mian)IMC生長和剪(jian)切強度方面(mian)存在明顯差異。激光(guang)焊接(jie)具有局(ju)部非接(jie)觸加熱、溫度變化快等優點(dian)，能夠在一定(ding)程(cheng)度上提高(gao)焊點(dian)的(de)使用可靠性。然而，在實際應用中(zhong)，還需根據具體需求和條件來選擇合適的(de)焊接(jie)工藝(yi)。