采用SEM、EDS、XRD等對苛刻熱循環(huán)下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu釬焊界面IMC及接頭性能進行研究。結果表明:苛刻熱循環(huán)下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu釬焊界面IMC由（Cu,Ni）₆Sn₅和Cu₃Sn相組成;隨熱循環(huán)周期的增加,釬焊接頭的界面IMC（Cu,Ni）₆Sn₅形態(tài)由波浪狀轉變?yōu)榫植枯^大尺寸的"筍狀",IMC平均厚度和粗糙度增大,相應接頭剪切強度降低。添加適量Ni 0.05%（質量分數）的釬焊接頭界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接頭剪切強度最高。在100熱循環(huán)周期內,隨熱循環(huán)周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu釬焊接頭剪切斷口由呈現(xiàn)釬縫處的韌性斷裂向由釬縫和IMC層組成以韌性為主的韌-脆混合斷裂轉變。 

【文章來源】：中國有色金屬學報. 2016年12期 北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

釬焊試樣形狀及尺寸

數為0、20、50、60、80、100。熱循環(huán)試驗后的釬焊試樣經打磨、拋光后4%(體積分數)硝酸酒精溶液腐蝕，用JSM5610LV型掃描電鏡觀察接頭組織形貌，必要時進行EDS能譜成分分析；釬焊后采用尺寸為8mm×70mm×4mm剪切試樣，在AGI250kN型萬能試驗機上室溫條件下進行拉伸，拉伸速度為1mm/min，借助于D8ADVANCE型X衍射儀對釬焊接頭界面進行物相分析。為保證剪切強度接頭測試結果的準確性，取5個不同試樣的算術平均值作為剪切強度值。圖1釬焊試樣形狀及尺寸Fig.1Configurationanddimensionofspecimenforsoldering(Unit:mm)圖2接頭界面粗糙度示意圖Fig.2Schematicdiagramofroughnessofsolderjoints參照文獻[6]中關于微連接焊點界面厚度、粗糙度的評估方法(界面IMC粗糙度測量示意圖見圖2)，利用AutoCAD軟件測量觀察界面IMC面積，根據等積法原理求得界面IMC的平均厚度。以平均厚度線作為粗糙度測量基準線(見圖2中虛線)，測量選定區(qū)域界面IMC的峰值到基準線間的距離，代入式(1)計算選定區(qū)域的界面粗糙度。為減小測量誤差，以5次隨機測量區(qū)域的平均值作為測量結果。NZRNii12rms(1)式中：Rrms為粗糙度，μm；N為選定區(qū)域測量點的個數；Zi為所測量選定區(qū)域的IMC峰值到測量基準線間的距離，μm。2結果與分析無鉛釬焊接頭界面區(qū)IMC層在服役環(huán)境中的成長及其形態(tài)與接頭可靠性密切相關。因此，有必要研究苛刻熱循環(huán)下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu釬焊接頭界面IMC的生長行為、接頭性能及其斷裂機制。2.1Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu苛刻熱循環(huán)釬焊接頭界面金屬間化合物圖3所示為Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu苛刻熱循環(huán)接頭界面SEM像和XRD譜，釬焊接頭界面金屬間化合物(見圖3(a)中A、B點)EDS分析結果如表1所列。由圖3

第26卷第12期郭興東，等：苛刻熱循環(huán)對Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu釬焊界面及接頭性能的影響2575圖4所示為苛刻熱循環(huán)對Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE-xNi/Cu接頭界面IMC的影響。由圖4可知，低熱循環(huán)周期下接頭界面IMC成長較慢，波浪狀IMC形態(tài)均勻，無裂紋、空洞等缺陷(見圖4(a))；當循環(huán)周期大于50周時，界面化合物IMC生長加快，局部出現(xiàn)較大尺寸的“筍狀”，甚至產生空洞等現(xiàn)象(見圖4(b))。隨著熱循環(huán)周期數增加，接頭界面IMC層逐漸變厚，界面中(Cu，Ni)6Sn5相逐步長大并粗化，生長前沿部分不斷向釬縫內部不規(guī)則長大。由于界面金屬間化合物和釬縫熱膨脹系數不相同，在接頭應力作用下界面產生顯微裂紋、空洞等(見圖4(c)和(d))。對比圖4可知，熱循環(huán)過程接頭遭受高低溫度循環(huán)作用，導致接頭界面金屬間化合物粗化，在接頭應力循環(huán)作用下產生開裂失效等。熱循環(huán)初期，界面處連續(xù)致密的(Cu，Ni)6Sn5相阻礙了釬縫中Sn、Ni原子與基板上Cu原子間的相互擴散，抑制了界面Cu3Sn金屬間化合物的生長，形成了薄且平的形貌特征。熱循環(huán)50周期以后，界面化合物生長速率有所加快，一方面可能是由于界圖3Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu接頭界面SEM像及XRD分析結果Fig.3SEMimageandXRDresultsofSn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cusolderjointinterface:(a)SEMimage;(b)XRDpattern圖4苛刻熱循環(huán)對Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu接頭界面IMC的影響Fig.4SEMimagesofSn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cusolderjointinterfaceindifferentthermalcycling:(a)0cycle;(b)50cycles;(c)80cycles;(d)100cycles

【參考文獻】：
期刊論文
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