發(fā)布時(shí)間：2021-01-04 09:14

　　采用SEM、EDS、XRD等對(duì)苛刻熱循環(huán)下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu釬焊界面IMC及接頭性能進(jìn)行研究。結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)榫植枯^大尺寸的"筍狀",IMC平均厚度和粗糙度增大,相應(yīng)接頭剪切強(qiáng)度降低。添加適量Ni 0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的釬焊接頭界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接頭剪切強(qiáng)度最高。在100熱循環(huán)周期內(nèi),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(zhuǎn)變。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2016年12期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

釬焊試樣形狀及尺寸

數(shù)為0、20、50、60、80、100。熱循環(huán)試驗(yàn)后的釬焊試樣經(jīng)打磨、拋光后4%(體積分?jǐn)?shù))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(shí)進(jìn)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上室溫條件下進(jìn)行拉伸，拉伸速度為1mm/min，借助于D8ADVANCE型X衍射儀對(duì)釬焊接頭界面進(jìn)行物相分析。為保證剪切強(qiáng)度接頭測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，取5個(gè)不同試樣的算術(shù)平均值作為剪切強(qiáng)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(xiàn)[6]中關(guān)于微連接焊點(diǎn)界面厚度、粗糙度的評(píng)估方法(界面IMC粗糙度測(cè)量示意圖見圖2)，利用AutoCAD軟件測(cè)量觀察界面IMC面積，根據(jù)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(cè)量基準(zhǔn)線(見圖2中虛線)，測(cè)量選定區(qū)域界面IMC的峰值到基準(zhǔn)線間的距離，代入式(1)計(jì)算選定區(qū)域的界面粗糙度。為減小測(cè)量誤差，以5次隨機(jī)測(cè)量區(qū)域的平均值作為測(cè)量結(jié)果。NZRNii12rms(1)式中：Rrms為粗糙度，μm；N為選定區(qū)域測(cè)量點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Zi為所測(cè)量選定區(qū)域的IMC峰值到測(cè)量基準(zhǔn)線間的距離，μm。2結(jié)果與分析無(wú)鉛釬焊接頭界面區(qū)IMC層在服役環(huán)境中的成長(zhǎng)及其形態(tài)與接頭可靠性密切相關(guān)。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(zhǎng)行為、接頭性能及其斷裂機(jī)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(diǎn))EDS分析結(jié)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(duì)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(duì)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(zhǎng)較慢，波浪狀I(lǐng)MC形態(tài)均勻，無(wú)裂紋、空洞等缺陷(見圖4(a))；當(dāng)循環(huán)周期大于50周時(shí)，界面化合物IMC生長(zhǎng)加快，局部出現(xiàn)較大尺寸的“筍狀”，甚至產(chǎn)生空洞等現(xiàn)象(見圖4(b))。隨著熱循環(huán)周期數(shù)增加，接頭界面IMC層逐漸變厚，界面中(Cu，Ni)6Sn5相逐步長(zhǎng)大并粗化，生長(zhǎng)前沿部分不斷向釬縫內(nèi)部不規(guī)則長(zhǎng)大。由于界面金屬間化合物和釬縫熱膨脹系數(shù)不相同，在接頭應(yīng)力作用下界面產(chǎn)生顯微裂紋、空洞等(見圖4(c)和(d))。對(duì)比圖4可知，熱循環(huán)過(guò)程接頭遭受高低溫度循環(huán)作用，導(dǎo)致接頭界面金屬間化合物粗化，在接頭應(yīng)力循環(huán)作用下產(chǎn)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(kuò)散，抑制了界面Cu3Sn金屬間化合物的生長(zhǎng)，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(zhǎng)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(jié)果Fig.3SEMimageandXRDresultsofSn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cusolderjointinterface:(a)SEMimage;(b)XRDpattern圖4苛刻熱循環(huán)對(duì)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(xiàn)】：
期刊論文
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