超聲輔助泡沫Ni/Sn復(fù)合釬料釬焊T2紫銅接頭組織及性能研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-04 12:45
Cu以其優(yōu)良的導(dǎo)電性和低廉的價(jià)格,在電子行業(yè)被廣泛使用,用途之一就是作為焊盤與釬料連接在一起形成互聯(lián)焊點(diǎn)。隨著電子產(chǎn)品向體積微型化和功能集成化方向的迅速發(fā)展,微電子系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有互連焊點(diǎn)的可靠性提出了更高的要求,而部分嚴(yán)酷服役環(huán)境如熱循環(huán)和持續(xù)的震動(dòng)更加突出了可靠接頭的重要性。傳統(tǒng)的Sn基釬料雖然應(yīng)用廣泛,但是也存在一些各自的缺點(diǎn),如純Sn強(qiáng)度太低,Sn-Zn易氧化難潤(rùn)濕等。本文使用泡沫Ni鍍Sn制備了Ni/Sn復(fù)合釬料,以有效地增強(qiáng)釬料的強(qiáng)度。同時(shí)使用超聲波輔助釬焊的方法來(lái)對(duì)Cu進(jìn)行焊接,既可以促進(jìn)釬料在Cu表面的潤(rùn)濕,同時(shí)還能起到細(xì)化晶粒的作用。兩者相結(jié)合,以期獲得性能良好的接頭。實(shí)驗(yàn)中使用了兩種不同孔隙度的泡沫Ni來(lái)對(duì)Sn進(jìn)行了增強(qiáng),焊接時(shí)也采用了不同的接頭形式。在使用98%孔隙度的Ni/Sn釬料時(shí),采用了控制間隙和不控制間隙兩種接頭形式,在使用60%孔隙度的Ni/Sn釬料時(shí),僅采用了控制間隙的接頭形式。實(shí)驗(yàn)后對(duì)接頭的微觀組織進(jìn)行了分析,探究了在不同超聲波作用時(shí)間下接頭的組織變化過程及冶金反應(yīng)機(jī)理,并對(duì)接頭的剪切強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試,分析了其失效機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用98%孔隙度的Ni/...
【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
Sn-3.5Ag-0.7Cu/Ni在255℃回流焊20min的組織結(jié)構(gòu)
J.Y. TSAI 和 Y.C. HU 等人[22]使用 Sn-3.5Ag，Sn-3.5Ag-0.1Ni，Sn-3.5Ag-0.5Ni和 Sn-3.5Ag-1.0Ni（wt%）在 240 ℃對(duì) Cu 進(jìn)行了回流焊，探究了焊接過程中的冶金反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬間化合物的類型沒有隨著 Ni 含量的變化而變化，主要還是 Cu6Sn5型。但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)至回流 9 h 之后，Cu3Sn 也出現(xiàn)在了接頭中。與使用不含 Ni 的釬料相比，Ni 的添加使得界面處 IMC 的厚度顯著增加。但是厚度的增加與 Ni 濃度的增加并不呈線性關(guān)系。而且，隨著回流時(shí)間的延長(zhǎng)至 20 min 以上時(shí)，(Cu,Ni)6Sn5出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，在靠近基板側(cè)的(Cu,Ni)6Sn5呈現(xiàn)出圓形表面，其 Ni 含量相對(duì)低一些，如下圖所示。在靠近釬料的(Cu,Ni)6Sn5呈現(xiàn)出多面體表面，Ni 含量相對(duì)高一些。隨著回流時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，兩層 IMC出現(xiàn)了分離，這種分離文章認(rèn)為是內(nèi)側(cè)的(Cu,Ni)6Sn5逐漸變厚，產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致的。
強(qiáng)度和韌性分別為 400 MPa 和 7 MPa√m。接頭全部由 Cu 的固溶體組成時(shí)，強(qiáng)度劇烈下降至 200 MPa，但韌性進(jìn)一步上升至 13 MPa√m。這一趨勢(shì)是由接頭中流動(dòng)應(yīng)力的減少但孔洞的增加導(dǎo)致的。H.Y. Zhao 和 J.H. Liu 等人[27]使用超聲波輔助的 TLP 技術(shù)焊接了 Cu/Sn/Cu接頭，探究了 Cu3Sn 的非界面生長(zhǎng)行為。在傳統(tǒng)的 TLP 焊接中，Cu3Sn 在 Cu 與Cu6Sn5的界面之間形成，其生長(zhǎng)伴隨著 Cu6Sn5的減少，生長(zhǎng)方向是向著接頭中間生長(zhǎng)。最終形成的接頭是由柱狀的 Cu3Sn 形成的全 IMC 接頭。而使用超聲波輔助進(jìn)行TLP工藝連接時(shí)，Cu3Sn 在接頭中分布無(wú)規(guī)律，最終形成等軸狀的 Cu3Sn構(gòu)成的全 IMC 接頭。其組織形貌如下圖所示。在超聲波輔助的 TLP 焊接時(shí)產(chǎn)物反常生長(zhǎng)歸因于超聲波的形核和生長(zhǎng)機(jī)理：在超聲波作用下，表面能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能和化學(xué)能，導(dǎo)致了液態(tài)釬料的動(dòng)態(tài)不平衡狀態(tài)，進(jìn)一步導(dǎo)致 Cu 沒有限制的過飽和。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu-Ni交互作用對(duì)Cu/Sn/Ni焊點(diǎn)液固界面反應(yīng)的影響[J]. 黃明亮,陳雷達(dá),趙寧. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2013(04)
本文編號(hào)：2897628
【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
Sn-3.5Ag-0.7Cu/Ni在255℃回流焊20min的組織結(jié)構(gòu)
J.Y. TSAI 和 Y.C. HU 等人[22]使用 Sn-3.5Ag，Sn-3.5Ag-0.1Ni，Sn-3.5Ag-0.5Ni和 Sn-3.5Ag-1.0Ni（wt%）在 240 ℃對(duì) Cu 進(jìn)行了回流焊，探究了焊接過程中的冶金反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬間化合物的類型沒有隨著 Ni 含量的變化而變化，主要還是 Cu6Sn5型。但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)至回流 9 h 之后，Cu3Sn 也出現(xiàn)在了接頭中。與使用不含 Ni 的釬料相比，Ni 的添加使得界面處 IMC 的厚度顯著增加。但是厚度的增加與 Ni 濃度的增加并不呈線性關(guān)系。而且，隨著回流時(shí)間的延長(zhǎng)至 20 min 以上時(shí)，(Cu,Ni)6Sn5出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，在靠近基板側(cè)的(Cu,Ni)6Sn5呈現(xiàn)出圓形表面，其 Ni 含量相對(duì)低一些，如下圖所示。在靠近釬料的(Cu,Ni)6Sn5呈現(xiàn)出多面體表面，Ni 含量相對(duì)高一些。隨著回流時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，兩層 IMC出現(xiàn)了分離，這種分離文章認(rèn)為是內(nèi)側(cè)的(Cu,Ni)6Sn5逐漸變厚，產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致的。
強(qiáng)度和韌性分別為 400 MPa 和 7 MPa√m。接頭全部由 Cu 的固溶體組成時(shí)，強(qiáng)度劇烈下降至 200 MPa，但韌性進(jìn)一步上升至 13 MPa√m。這一趨勢(shì)是由接頭中流動(dòng)應(yīng)力的減少但孔洞的增加導(dǎo)致的。H.Y. Zhao 和 J.H. Liu 等人[27]使用超聲波輔助的 TLP 技術(shù)焊接了 Cu/Sn/Cu接頭，探究了 Cu3Sn 的非界面生長(zhǎng)行為。在傳統(tǒng)的 TLP 焊接中，Cu3Sn 在 Cu 與Cu6Sn5的界面之間形成，其生長(zhǎng)伴隨著 Cu6Sn5的減少，生長(zhǎng)方向是向著接頭中間生長(zhǎng)。最終形成的接頭是由柱狀的 Cu3Sn 形成的全 IMC 接頭。而使用超聲波輔助進(jìn)行TLP工藝連接時(shí)，Cu3Sn 在接頭中分布無(wú)規(guī)律，最終形成等軸狀的 Cu3Sn構(gòu)成的全 IMC 接頭。其組織形貌如下圖所示。在超聲波輔助的 TLP 焊接時(shí)產(chǎn)物反常生長(zhǎng)歸因于超聲波的形核和生長(zhǎng)機(jī)理：在超聲波作用下，表面能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能和化學(xué)能，導(dǎo)致了液態(tài)釬料的動(dòng)態(tài)不平衡狀態(tài)，進(jìn)一步導(dǎo)致 Cu 沒有限制的過飽和。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Cu-Ni交互作用對(duì)Cu/Sn/Ni焊點(diǎn)液固界面反應(yīng)的影響[J]. 黃明亮,陳雷達(dá),趙寧. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2013(04)
本文編號(hào)：2897628
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