超声辅助泡沫Ni/Sn复合钎料钎焊T2紫铜接头组织及性能研究
发布时间：2020-12-04 12:45
Cu以其优良的导电性和低廉的价格,在电子行业被广泛使用,用途之一就是作为焊盘与钎料连接在一起形成互联焊点。随着电子产品向体积微型化和功能集成化方向的迅速发展,微电子系统对现有互连焊点的可靠性提出了更高的要求,而部分严酷服役环境如热循环和持续的震动更加突出了可靠接头的重要性。传统的Sn基钎料虽然应用广泛,但是也存在一些各自的缺点,如纯Sn强度太低,Sn-Zn易氧化难润湿等。本文使用泡沫Ni镀Sn制备了Ni/Sn复合钎料,以有效地增强钎料的强度。同时使用超声波辅助钎焊的方法来对Cu进行焊接,既可以促进钎料在Cu表面的润湿,同时还能起到细化晶粒的作用。两者相结合,以期获得性能良好的接头。实验中使用了两种不同孔隙度的泡沫Ni来对Sn进行了增强,焊接时也采用了不同的接头形式。在使用98%孔隙度的Ni/Sn钎料时,采用了控制间隙和不控制间隙两种接头形式,在使用60%孔隙度的Ni/Sn钎料时,仅采用了控制间隙的接头形式。实验后对接头的微观组织进行了分析,探究了在不同超声波作用时间下接头的组织变化过程及冶金反应机理,并对接头的剪切强度进行了测试,分析了其失效机理。实验结果表明,使用98%孔隙度的Ni/...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sn-3.5Ag-0.7Cu/Ni在255℃回流焊20min的组织结构
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 ℃对 Cu 进行了回流焊，探究了焊接过程中的冶金反应。实验结果表明，金属间化合物的类型没有随着 Ni 含量的变化而变化，主要还是 Cu6Sn5型。但随着反应时间的延长至回流 9 h 之后，Cu3Sn 也出现在了接头中。与使用不含 Ni 的钎料相比，Ni 的添加使得界面处 IMC 的厚度显著增加。但是厚度的增加与 Ni 浓度的增加并不呈线性关系。而且，随着回流时间的延长至 20 min 以上时，(Cu,Ni)6Sn5出现了分层现象，在靠近基板侧的(Cu,Ni)6Sn5呈现出圆形表面，其 Ni 含量相对低一些，如下图所示。在靠近钎料的(Cu,Ni)6Sn5呈现出多面体表面，Ni 含量相对高一些。随着回流时间进一步延长，两层 IMC出现了分离，这种分离文章认为是内侧的(Cu,Ni)6Sn5逐渐变厚，产生的应力导致的。
强度和韧性分别为 400 MPa 和 7 MPa√m。接头全部由 Cu 的固溶体组成时，强度剧烈下降至 200 MPa，但韧性进一步上升至 13 MPa√m。这一趋势是由接头中流动应力的减少但孔洞的增加导致的。H.Y. Zhao 和 J.H. Liu 等人[27]使用超声波辅助的 TLP 技术焊接了 Cu/Sn/Cu接头，探究了 Cu3Sn 的非界面生长行为。在传统的 TLP 焊接中，Cu3Sn 在 Cu 与Cu6Sn5的界面之间形成，其生长伴随着 Cu6Sn5的减少，生长方向是向着接头中间生长。最终形成的接头是由柱状的 Cu3Sn 形成的全 IMC 接头。而使用超声波辅助进行TLP工艺连接时，Cu3Sn 在接头中分布无规律，最终形成等轴状的 Cu3Sn构成的全 IMC 接头。其组织形貌如下图所示。在超声波辅助的 TLP 焊接时产物反常生长归因于超声波的形核和生长机理：在超声波作用下，表面能和动能转换成热能和化学能，导致了液态钎料的动态不平衡状态，进一步导致 Cu 没有限制的过饱和。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-Ni交互作用对Cu/Sn/Ni焊点液固界面反应的影响[J]. 黄明亮,陈雷达,赵宁. 中国有色金属学报. 2013(04)
本文编号：2897628
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Sn-3.5Ag-0.7Cu/Ni在255℃回流焊20min的组织结构
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 ℃对 Cu 进行了回流焊，探究了焊接过程中的冶金反应。实验结果表明，金属间化合物的类型没有随着 Ni 含量的变化而变化，主要还是 Cu6Sn5型。但随着反应时间的延长至回流 9 h 之后，Cu3Sn 也出现在了接头中。与使用不含 Ni 的钎料相比，Ni 的添加使得界面处 IMC 的厚度显著增加。但是厚度的增加与 Ni 浓度的增加并不呈线性关系。而且，随着回流时间的延长至 20 min 以上时，(Cu,Ni)6Sn5出现了分层现象，在靠近基板侧的(Cu,Ni)6Sn5呈现出圆形表面，其 Ni 含量相对低一些，如下图所示。在靠近钎料的(Cu,Ni)6Sn5呈现出多面体表面，Ni 含量相对高一些。随着回流时间进一步延长，两层 IMC出现了分离，这种分离文章认为是内侧的(Cu,Ni)6Sn5逐渐变厚，产生的应力导致的。
强度和韧性分别为 400 MPa 和 7 MPa√m。接头全部由 Cu 的固溶体组成时，强度剧烈下降至 200 MPa，但韧性进一步上升至 13 MPa√m。这一趋势是由接头中流动应力的减少但孔洞的增加导致的。H.Y. Zhao 和 J.H. Liu 等人[27]使用超声波辅助的 TLP 技术焊接了 Cu/Sn/Cu接头，探究了 Cu3Sn 的非界面生长行为。在传统的 TLP 焊接中，Cu3Sn 在 Cu 与Cu6Sn5的界面之间形成，其生长伴随着 Cu6Sn5的减少，生长方向是向着接头中间生长。最终形成的接头是由柱状的 Cu3Sn 形成的全 IMC 接头。而使用超声波辅助进行TLP工艺连接时，Cu3Sn 在接头中分布无规律，最终形成等轴状的 Cu3Sn构成的全 IMC 接头。其组织形貌如下图所示。在超声波辅助的 TLP 焊接时产物反常生长归因于超声波的形核和生长机理：在超声波作用下，表面能和动能转换成热能和化学能，导致了液态钎料的动态不平衡状态，进一步导致 Cu 没有限制的过饱和。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu-Ni交互作用对Cu/Sn/Ni焊点液固界面反应的影响[J]. 黄明亮,陈雷达,赵宁. 中国有色金属学报. 2013(04)
本文编号：2897628
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