Cu以其優(yōu)良的導電性和低廉的價格,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。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)對現(xiàn)有互連焊點的可靠性提出了更高的要求,而部分嚴酷服役環(huán)境如熱循環(huán)和持續(xù)的震動更加突出了可靠接頭的重要性。傳統(tǒng)的Sn基釬料雖然應用廣泛,但是也存在一些各自的缺點,如純Sn強度太低,Sn-Zn易氧化難潤濕等。本文使用泡沫Ni鍍Sn制備了Ni/Sn復合釬料,以有效地增強釬料的強度。同時使用超聲波輔助釬焊的方法來對Cu進行焊接,既可以促進釬料在Cu表面的潤濕,同時還能起到細化晶粒的作用。兩者相結(jié)合,以期獲得性能良好的接頭。實驗中使用了兩種不同孔隙度的泡沫Ni來對Sn進行了增強,焊接時也采用了不同的接頭形式。在使用98%孔隙度的Ni/Sn釬料時,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,僅采用了控制間隙的接頭形式。實驗后對接頭的微觀組織進行了分析,探究了在不同超聲波作用時間下接頭的組織變化過程及冶金反應機理,并對接頭的剪切強度進行了測試,分析了其失效機理。實驗結(jié)果表明,使用98%孔隙度的Ni/... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：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 Cu 進行了回流焊，探究了焊接過程中的冶金反應。實驗結(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。但隨著反應時間的延長至回流 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，隨著回流時間的延長至 20 min 以上時，(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 含量相對高一些。隨著回流時間進一步延長，兩層 IMC出現(xiàn)了分離，這種分離文章認為是內(nèi)側(cè)的(Cu,Ni)6Sn5逐漸變厚，產(chǎn)生的應力導致的。

強度和韌性分別為 400 MPa 和 7 MPa√m。接頭全部由 Cu 的固溶體組成時，強度劇烈下降至 200 MPa，但韌性進一步上升至 13 MPa√m。這一趨勢是由接頭中流動應力的減少但孔洞的增加導致的。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，其生長伴隨著 Cu6Sn5的減少，生長方向是向著接頭中間生長。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行TLP工藝連接時，Cu3Sn 在接頭中分布無規(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 焊接時產(chǎn)物反常生長歸因于超聲波的形核和生長機理：在超聲波作用下，表面能和動能轉(zhuǎn)換成熱能和化學能，導致了液態(tài)釬料的動態(tài)不平衡狀態(tài)，進一步導致 Cu 沒有限制的過飽和。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cu-Ni交互作用對Cu/Sn/Ni焊點液固界面反應的影響[J]. 黃明亮,陳雷達,趙寧.  中國有色金屬學報. 2013(04)



本文編號：2897628