《激光微熔覆导电膜与基板的粘附性及可焊性的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光微熔覆导电膜与基板的粘附性及可焊性的研究（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 激光微熔覆导电膜与基板的粘附性及可焊性的研究 姓名：张洁 申请学位级别：硕士 专业：物理电子学 指导教师：曾晓雁;志祥 2011-01 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着电子行业的飞速发展，对于工业用导电膜层来说，除了经济性、高稳定性、 导电率大外，还要求附着牢靠和可焊性好。本文利用激光微熔覆技术在薄膜基板上 制备厚膜金层，研究激光加工工艺参数和基板材料性能对激光微熔覆金层与基板的 粘附性及可焊性的影响规律，旨在为激光微熔覆技术的应用提供理论参考依据。 实验结果表明，波长为 532nm
2、 的激光比波长为 1064nm 的激光更容易在基板上 制备导电金膜。不同基板材料上存在不同的烧结临界功率密度值 F和过烧临界功率 密度值 F。 在 F F范围内， 提高激光功率密度可以提高金膜在基板上的粘附强度。 测试标准中粘附等级最高为 5B，硅基板上预置厚度为 68m 的金膜在波长为 1064nm，功率密度为 1.29106W/cm22.00106W/cm2，扫描速度为 1mm/s 的激光作 用下，金膜粘附强度等级可达 4B5B。导电金膜经过温度范围为 500600后续 处理后，粘附性和可焊性都大幅度提高。 通过 SEM、热分析等技术对利用激光微熔覆技术在硅基板上制备的导电金膜进 行分析，
3、得出金膜与硅基板的附着机理及金膜可焊性的机理：金在激光辐照作用下 与单晶硅基板发生共晶反应，生成 Au-Si 共晶物，保证了金膜在硅基板上的粘附强 度；同时，Au 与浆料中的 Bi 发生共晶反应，生成 Au-Bi 共晶物，不仅增加了膜层 的粘附强度，还有效的阻止了超声铝丝压焊的铝丝向金中的扩散，提高了金膜的可 焊性。 关键词关键词 激光微熔覆 导电膜层 基材 粘附性 可焊性 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the rapid development of the electronic indust
4、ry, conductive layers for industrial use, not only requires economic performance, high stability, large electrical conductivity, but also strong adhesion and good solderability. In this paper, an idea of fabricating thick-film gold paste on the substrates which were used in the thin-film technology
5、was proposed. The effect of laser processing parameters, properties of substrates to adhesion on substrate and solderability of laser micro-cladding electronic coating was studied. It aimed at proposing theoretical reference for application of laser micro-cladding technology. The results showed that
6、 it was easier to get gold layers on the substrates for short wavelength (=532nm) than long wavelength (=1064nm). Gold paste on different substrates had different critical power density of sinteredF，and critical power density of burnedF. Increase of laser power density between F and F was useful to
7、increase the adhesion on substrate of gold layer. The highest level of adhesion testing standard was 5B, the adhesion of 68m thickness of pre-set gold film on silicon could reach 4B5B under the laser scanning. The parameters of laser were, 1064nm wavelength, 1mm/s scan velocity and 1.29106W/cm22.001
8、06W/cm2 power density range. For the compactness of coating after laser scanning was less than the high-temperature sintering, the effective of ultrasonic aluminum wire bonding on gold coatings was not good. The laser processing parameters needed to be further explored, but the density of laser micr
9、o-cladding electronic coating was improved by subsequent heat treatment (500600), which effectively improved the coating adhesion strength on substrate and solderability. Through some analysis technology such as SEM, thermal analysis, this paper analyzed the electronic coating on silicon substrate f
10、abricated by laser micro-cladding technology, got the adhesion mechanism of gold coating and silicon and the solderability mechanism of the gold coating: the eutectic reaction occurred between the gold and silicon substrate under laser irradiation. The product from the eutectic reaction ensured the
11、adhesion on silicon substrate of laser micro-cladding gold coating. At the same time, the eutectic reaction also took place between Au and Bi in the coating. The Au-Bi eutectic not 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III only increased the adhesion of coating, but also prevented diffusio
12、n of the aluminum wire from the ultrasonic aluminum wire bonding to the gold coating, and improved the solderability of gold coating. Keywords：laser micro-cladding, electronic coating, substrate, adhesion, solderability 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我 所知， 除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或
13、集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名：
14、 日期： 年 月 日 日期： 年 月 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 激光微熔覆技术的发展激光微熔覆技术的发展 激光微熔覆技术1-4是一种利用激光的高能性及高聚焦性的特点，在基材上沉积 电子浆料的技术。其主要技术路线是本课题组在激光直写技术及激光熔覆制造技术 的基础上提出的，与激光化学气相沉积和激光诱导液相沉积等方法不同，前者是直 接将导电金属或其（有机）化合物的固体粒子与有机粘结相混合预置在基板表面， 通过激光的加热将这些固态粒子沉积在基板上，而后两者主要依赖于原子沉积方式 获得膜层。激光
15、微熔覆技术的工艺流程如图 1-1 所示。 图图1-1 激光微熔覆加工工艺过程激光微熔覆加工工艺过程 该技术的特点是无需掩模，柔性化程度高。且由于激光光斑直径、方向及位置 的可控性使得该项技术还具有加工精度高、速度快、成本低的特点。激光微熔覆技 术的研究和发展不仅适用于单个电子/光电子元器件的制造， 还适用于 PCB 电路板或 厚膜电路板的快速制造。同时，该技术可以实现产品的批量生产以及高精度微细图 形的制作和修复，在微机电系统 MEMS 领域也具有广阔的应用前景，因而成为一项 具有前瞻性和开拓性的技术。 由于本课题组从 2000 年开始就已经对激光微熔覆技术进行研究。通过几年的持 续研究工作，
16、采用了激光微熔覆制造技术已经在多种基板表面成功制备出导线电极 及平面电容、电阻、电感等厚膜无源器件5-6。课题组先后研究开发出激光微熔覆布 线设备，图 1-2 和图 1-3 分别为本课题组研制的第一代1、第二代激光微熔覆布线设 备 7，为本论文的实验工作提供了充分的实验条件。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 图图 1-2 激光微细熔覆布线设备激光微细熔覆布线设备 图图 1-3 微笔微笔激光复合直写设备实物图激光复合直写设备实物图 本课题组的相关研究人员先后在激光微熔覆工艺研究方面做了大量的研究工 作，主要研究内容为激光微熔覆技术工艺参数（包括预置膜厚度、激光功率密度、
