Sn/Cu钎焊冷却阶段液固界面IMC生长机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51571049
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    马海涛
  • 依托单位：
    大连理工大学
  • 学科分类：
    E0101.金属材料设计、计算与表征
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The growth of intermetallic compound (IMC) at liquid/solid interface during soldering reaction has become a basic and essential issue that greatly affects the reliability of solder joints in electronic packaging. Our recent research shows that the growth of IMC at Sn/Cu interface during soldering followed the classical growth mechanism at the heating preservation stage, whereas deviated from that at the cooling stage. It is quite necessary to study the growth mechanism of interfacial IMC during the cooling stage of a soldering process, basing on which a scientific soldering reaction model can be established. To solve the technical problem that the interfacial reactions during heating preservation stage and cooling stage are hardly studied separately, synchrotron radiation real-time imaging technology combining with high pressure air blowing method will be carried out at the Shanghai synchrotron radiation facility to in situ investigate the growth behavior of the IMC at Sn/Cu interface at the cooling stage of soldering process. And with the help of numerical modeling of temperature field, the growth mechanism of interfacial IMC at the cooling stage will be analyzed. An in-depth exploration of the growth and evolution of interfacial IMC at the cooling stage can reveal the diffusion behavior of atoms and its controlling factors. The expected outcome of this project is proposing a suitable growth model of IMC at solid/liquid interface during cooling stage of soldering process. Thus the theory of IMC growth during the whole solder process can be perfected. Moreover, this growth model can provide theoretical and technical supports for effectively controlling the size and morphology of IMC at Sn/Cu soldering interface and improving the reliability of solder joints.
钎焊过程生成金属间化合物（IMC）的液固界面反应是电子封装钎料连接的基础和核心科学问题。申请者近期研究表明：Sn/Cu钎焊液固界面IMC生长在保温和冷却阶段遵循不同机制，而经典IMC生长理论仅适用于保温阶段，有必要深入研究钎焊冷却阶段界面反应机理，这样才能建立起更科学准确的钎焊界面反应模型。为解决钎焊保温与冷却阶段难以独立分开研究的技术难题，申请者利用上海光源同步辐射实时成像装置并结合高压空气吹扫实验手段研究Sn/Cu钎焊冷却阶段液固界面IMC的生长行为，借助冷却阶段焊点温度场数值模拟等方法，对钎焊液固界面冷却阶段IMC反应机理进行研究。深入探讨钎焊冷却过程中IMC生长、演化行为，揭示冷却阶段元素扩散行为及控制因素。研究预期建立起钎焊冷却阶段液固界面IMC生长模型，并以此完善整个钎焊过程界面IMC生长理论，为有效控制Sn/Cu钎焊界面IMC尺寸和形态，提高接头可靠性提供理论和技术支持。

结项摘要

电子器件的微型化对钎焊界面的可靠性提出了更高的要求，深入研究钎焊界面反应机制意义重大。现有研究都将钎焊当作一个连续过程，以此为基础建立的界面反应机制与实际偏差较大。我们研究表明，钎焊冷却阶段对最终界面IMC生长及形态有显著的影响。利用上海光源同步辐射实时成像技术原位观测Sn/Cu钎焊界面IMC(Cu6Sn5)生长行为，结合高压空气吹扫手段来阻断后续反应，获得保温阶段IMC生长数据，并对比完整钎焊获得冷却阶段IMC生长数据；再结合焊点中Cu浓度分布和温度场的模拟，揭示冷却阶段元素的扩散行为及控制因素，从而建立钎焊冷却阶段液固界面IMC生长模型。同时也研究了典型Cu6Sn5晶粒形貌的生长过程及合金元素添加对冷却阶段IMC生长行为的影响。主要获得的结果如下：.1. Sn/Cu钎焊冷却阶段界面IMC生长机制与保温阶段遵循不同的生长机制，冷却阶段界面IMC厚度生长遵循h=ktn (n=1)规律，为界面反应控制机制，即Cu的沉淀通量起控制作用。建立了冷却阶段界面Cu6Sn5层生长模型—沉淀通量驱动(PFC)界面反应理论模型。.2.首次利用同步辐射成像在Sn-3.5Ag/Cu钎焊液固界面原位观察到Cu6Sn5晶粒之间存在液态通道，提高了Cu的晶界扩散通量，同时降低界面Cu6Sn5生长激活能，因此Ag的添加阻碍了保温阶段Cu6Sn5晶界的横向吞并，促进Cu6Sn5晶粒纵向生长，使得Sn-3.5Ag/Cu界面具有比Sn/Cu界面更小的宽高比。.3.含Ag锡基钎料/Cu钎焊冷却阶段界面Cu6Sn5生长受Ag3Sn纳米颗粒对界面Cu6Sn5晶粒的钉扎效应与Cu沉淀通量共同作用，低Ag浓度钎料/Cu界面IMC生长的主要控制因素是Cu沉淀通量；高Ag浓度钎料/Cu界面IMC生长的主要控制因素是Ag3Sn纳米颗粒的钉扎效应。.4. Sn-xCu/Cu冷却阶段界面IMC的形貌受初始Cu浓度的影响不大，都遵循粗糙界面连续生长、二维形核和长大及螺旋位错三种晶粒生长机制。钎焊长时间保温后，钎料中初始Cu浓度对冷却阶段界面Cu6Sn5晶粒生长方式有很大影响，在低Cu浓度下，Cu6Sn5遵循粗糙界面连续生长，二维形核和长大及螺旋位错三种晶粒生长机制；在高Cu浓度下， Cu6Sn5仅遵循粗糙界面连续生长机制，并且在垂直于Cu基板方向上长大速度更快。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（10）
专利数量（1）
Geometrical effects on growth kinetics of interfacial intermetallic compounds in Sn/Cu joints reflowed with Cu nanoparticles doped flux
Cu纳米颗粒掺杂焊剂回流Sn/Cu接头中界面金属间化合物生长动力学的几何效应
  • DOI：
    10.1016/j.tsf.2018.10.037
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Thin Solid Films
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Shang Shengyan;Kunwar Anil;Yao Jinye;Ma Haitao;Wang Yunpeng
  • 通讯作者：
    Wang Yunpeng
Evolution behavior and growth kinetics of intermetallic compounds at Sn/Cu interface during multiple reflows
多次回流过程中Sn/Cu界面金属间化合物的演化行为和生长动力学
  • DOI：
    10.1016/j.intermet.2018.01.022
  • 发表时间：
    2018-05-01
  • 期刊：
    INTERMETALLICS
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Ma, H. R.;Kunwar, A.;Zhao, N.
  • 通讯作者：
    Zhao, N.
Size effect on IMC growth induced by Cu concentration gradient and pinning of Ag3Sn particles during multiple reflows
多次回流过程中 Cu 浓度梯度和 Ag3Sn 颗粒钉扎对 IMC 生长的尺寸影响
  • DOI：
    10.1016/j.intermet.2017.06.013
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Intermetallics
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Ma Haoran;Kunwar Anil;Huang Ru;Chen Jun;Wang Yunpeng;Zhao Ning;Ma Haitao
  • 通讯作者：
    Ma Haitao
Formation mechanism and kinetic analysis of the morphology of Cu6Sn5 in the spherical solder joints at the Sn/Cu liquid-solid interface during soldering cooling stage
Sn/Cu液固界面球形焊点焊接冷却阶段Cu6Sn5形貌形成机理及动力学分析
  • DOI：
    10.1007/s10854-016-6200-z
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Journal of Materials Science: Materials in Electronics
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Guo Bingfeng;Ma Haitao;Jiang Chengrong;Wang Yunpeng;Kunwar Anil;Zhao Ning;Huang Mingliang
  • 通讯作者：
    Huang Mingliang
Geometrical outline evolution and size-inhibiting interaction of interfacial solder bubbles and IMCs during multiple reflows
多次回流期间界面焊料气泡和 IMC 的几何轮廓演变和尺寸抑制相互作用
  • DOI：
    10.1016/j.vacuum.2017.08.009
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Vacuum
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Ma Haoran;Wang Yunpeng;Chen Jun;Kunwar Anil;Ma Haitao;Zhao Ning
  • 通讯作者：
    Zhao Ning

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    马海涛
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘勇锋;马海涛;付士根
  • 通讯作者：
    付士根

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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