發(fā)布時間：2018-03-02 00:19

  本文關(guān)鍵詞： 潤濕動力學(xué) 生長動力學(xué) 金屬間化合物 微觀組織 熱性能　出處：《南昌大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高溫硬釬焊和低溫軟釬焊作為先進(jìn)的材料加工技術(shù)手段之一,對現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展具有重要意義。無論是高溫硬釬焊還是低溫軟釬焊,釬料在被焊金屬表面的潤濕鋪展動力學(xué)過程對連接質(zhì)量具有決定性意義。釬焊過程需要釬料在預(yù)定釬焊時間內(nèi)對被連接的異種母材都充分潤濕,并保證連接過程。因此,需要對釬焊過程進(jìn)行高質(zhì)量控制、提高接頭質(zhì)量,就要求對液態(tài)釬料潤濕鋪展進(jìn)行定量的建模和預(yù)測。另一方面,隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),全球要求電子系統(tǒng)封裝無鉛化進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)。無鉛釬料工藝性能較差以及焊后可靠性不穩(wěn)定是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)時所需要克服的關(guān)鍵問題。本課題針對典型釬焊體系(面向高溫釬焊的AgCu/TC4;面向低溫釬焊和電子封裝的SnAgZn/Cu)的潤濕機(jī)制和Cu基板合金化后的界面IMCs生長行為、粗化行為進(jìn)行了探究。本文首先設(shè)計了高純氬氣保護(hù)氣氛下的AgCu釬料在TC4基板上座滴原位潤濕鋪展試驗,對熔融金屬的潤濕鋪展過程,以及三相線運(yùn)動過程進(jìn)行了實時數(shù)字化記錄。研究結(jié)果表明,基板表面粗糙度對釬焊體系的潤濕鋪展過程只有輕微地促進(jìn)作用,而溫度能夠改變潤濕鋪展過程和潤濕機(jī)制。在溫度為860 ℃時,整個潤濕鋪展過程可以分為四個階段。然而,在溫度為940 ℃時,由于更為強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),整個潤濕鋪展過程縮短為三個階段。在860 ℃下,快速鋪展階段的潤濕動力學(xué)由化學(xué)反應(yīng)速度控制,緩慢鋪展階段由Ti和Cu相互擴(kuò)散速度控制。然而,在940 ℃下,其潤濕動力學(xué)由化學(xué)反應(yīng),溶解和擴(kuò)散至固體(diffusion into the solid )三者共同作用控制。進(jìn)一步,系統(tǒng)地研究了 Sn-3Ag-.xZn 無鉛釬料 = 0.4, 0.6, 0.8, 1,2 和 4 wt.%)的微觀組織,熱性能和潤濕鋪展動力學(xué)。研究結(jié)果表明,少量的Zn含量(Zn wt.%≤ 1 wt.%)對釬料的微觀組織形貌幾乎沒什么影響,其微觀組織由β-Sn相和Ag3Sn,ζ-AgZn顆粒組成。然而,隨著Zn含量的增加,β-Sn相的體積分?jǐn)?shù)減小,金屬間化合物的數(shù)量增加。隨著Zn含量的進(jìn)一步增加,微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯地改變,在Sn-3Ag-2Zn釬料中形成了 γ-AgZn相,在Sn-3Ag-4Zn釬料中形成了ε-AgZn相。隨著Zn含量的增加,Sn-3Ag-xZn釬料的熔點和過冷度都先降低后升高。Sn-3Ag-1Zn釬料表征出最小的熔點(228.13℃)和過冷度(13.87℃)。主潤濕階段的潤濕動力學(xué)遵循冪率函數(shù)Rn～t(n= 1),表明其潤濕機(jī)制由三相線處的化學(xué)反應(yīng)控制。最后,制備了四種潤濕反應(yīng)層(Cu,Cu-8Zn,Cu-15Zn和Cu-30Zn)與SAC305釬料回流后的釬焊接頭,討論了 Cu基板合金化對釬焊接頭界面IMCs的生長行為和Cu6Sn5晶粒的粗化行為的影響。研究結(jié)果表明,回流之后,扇貝狀的Cu6Sn5形成于SAC305/Cu界面。隨著時效時間的增加,在SAC305/Cu界面觀察到Cu6Sn5和Cu3Sn的雙層結(jié)構(gòu),Ag3Sn顆粒嵌入在Cu6Sn5上,并在Cu3Sn層檢測到了柯肯達(dá)爾空洞的存在。然而,在SAC305/Cu-Zn界面,Cu6Sn5為主要的反應(yīng)產(chǎn)物,且沒有觀察到Cu3Sn和柯肯達(dá)爾空洞的存在。IMCs層的厚度隨著時效時間的增加而增加。相比于SAC305/Cu,Zn元素的添加能夠有效地抑制IMCs層生長。在時效過程中,SAC305/Cu,SAC305/Cu-8Zn,SAC305/Cu-15Zn 和SAC305/Cu-30Zn 的 IMCs 層的生長速率常數(shù)分別為 7.78×10-17,5.42×10-17,2.51×10-17,和1.46×10-17m2S-1 Cu6Sn5晶粒的平均直徑隨著時效時間的增加而增加。SAC305/Cu,SAC305/Cu-8Zn,SAC305/Cu-15Zn 和 SAC305/Cu-30Zn 釬焊接頭界面Cu6Sn5晶粒的平均直徑和時效時間的關(guān)系分別為d = 1.49t0.237,d = 1.46t0.204,d = 1.43t0.203,和d = 1.71t0.197。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG454

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡小武;余嘯;李玉龍;黃強(qiáng);閔志先;;SnBiEr/Cu界面反應(yīng)及時效過程中IMC的研究[J];電子元件與材料;2014年04期

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1 楊明;錫基釬料與多晶銅焊盤界面反應(yīng)行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 林巧力;金屬熔體在碳化物陶瓷上的潤濕性及鋪展動力學(xué)[D];吉林大學(xué);2011年

3 鄭小紅;Zr_（55）Cu_（30）Al_（10）Ni_5非晶熔體與金屬及陶瓷的潤濕性和界面特征[D];吉林大學(xué);2010年

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本文編號：1554228