Sn-Au-Cu-(In)無鉛釬料的微觀組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、富Sn的Sn-Au釬料除了具有成本低、熔點(diǎn)低等優(yōu)點(diǎn)外，與富Au的Au-Sn釬料相比，它還具有硬度低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是它的力學(xué)性能較差，期待通過合金化的方法來改善。本論文通過在富Sn的Sn-Au釬料中添加第三種組元Cu和第四組元In來改善其性能，具體通過“團(tuán)簇+連接原子”模型和富Sn的Sn-Au合金共晶點(diǎn)(93.7Sn-6.3Au, at.%)設(shè)計(jì)了A和B兩個(gè)系列的Sn-Au-Cu釬料的成分，并研究了所設(shè)計(jì)釬料的熔化性能、微觀組織、顯

2、微硬度、潤濕性、在Cu和Ni基板上的界面反應(yīng)及Cu/Sn-Au-Cu/Ni釬焊接頭的力學(xué)性能，選出性能優(yōu)異的Sn-Au-Cu釬料，即Sn-2.64Au-2.56Cu(wt.%)釬料。用In元素繼續(xù)優(yōu)化Sn-Au-Cu釬料的性能，同樣根據(jù)“團(tuán)簇+連接原子”模型設(shè)計(jì)了C系列的 Sn-Au-Cu-In釬料，研究了其熔化性能、微觀組織、顯微硬度、潤濕性、在 Cu和Ni基板上的界面反應(yīng)及Cu/Sn-Au-Cu-In/Ni釬焊接頭的力學(xué)性能。

3、>　　本論文的主要結(jié)論如下：
　　Sn-Au-Cu釬料：
　　1) Sn-Au-Cu體釬料的性能研究表明：6種釬料的熔點(diǎn)在210℃-222℃之間，除了Sn-14.85Au-1.6Cu釬料外的5種釬料均具有近共晶成分。釬料的微觀組織由白色的AuSn4相、深灰色的Cu6Sn5相和和灰色的β-Sn基體組成。在Sn-14.85Au-1.6Cu釬料中，AuSn4相為長條狀，在其他5種釬料中，AuSn4相均比較細(xì)小。6種釬料在Cu基板上

4、的潤濕性均優(yōu)于在Ni基板上的潤濕性。其中，Sn-2.64Au-2.56Cu釬料在Cu基板的潤濕性最好，Sn-10.25Au-3.31Cu釬料在Ni基板的潤濕性最好，Sn-14.85Au-1.6Cu釬料在Cu、Ni基板的潤濕性均最差。
　　2) Cu/Sn-Au-Cu/Ni釬焊接頭的界面反應(yīng)和力學(xué)性能研究表明：6種釬料在Cu和Ni基板上生成的IMC的類型分別為(Cu,Au)6Sn5和(Cu,Au,Ni)6Sn5型。Sn-5.31Au

5、-5.14Cu和Sn-2.64Au-2.56Cu釬料在Cu側(cè)界面附近有大塊的Cu6Sn5相析出。Sn-2.64Au-2.56Cu釬料的釬焊接頭的剪切強(qiáng)度最大(72 MPa)；Sn-14.85Au-1.6Cu釬料的釬焊接頭強(qiáng)度最小(39 MPa)；同時(shí)，根據(jù)富Sn的共晶點(diǎn)(Sn93.7-Au6.3)設(shè)計(jì)的3種釬料的塑性性能均比根據(jù)團(tuán)簇式([Sn11Au2]Sn3)設(shè)計(jì)的釬料的塑性性能優(yōu)異。
　　Sn-Au-Cu-In釬料：
　

6、　1) Sn-Au-Cu-In體釬料的性能研究結(jié)果表明：5種釬料的熔點(diǎn)在209℃-219℃之間，隨著In含量的增加，釬料的熔點(diǎn)逐漸降低。5種釬料在升溫過程中均有兩個(gè)吸熱峰。第一個(gè)峰對(duì)應(yīng)In在AuSn4相中的固溶，第二個(gè)峰對(duì)應(yīng)AuSn4相、Cu6Sn5相和β-Sn基體的三元相變反應(yīng)；5種釬料在降溫的過程中均只有一個(gè)放熱峰，對(duì)應(yīng)AuSn4相、Cu6Sn5相和β-Sn基體的三元相變反應(yīng)。Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In釬料的微觀

7、組織由白色的AuSn4相、少量的Cu6Sn5相和灰色的β-Sn基體組成，而其余的4種釬料則由白色的Au(Sn,In)4相、少量的 Cu6Sn5相和灰色的β-Sn基體組成。5種釬料在 Cu基板的潤濕性均優(yōu)于在Ni基板上的潤濕性。其中，Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In釬料在Cu基板的潤濕性最好，在Ni基板上的潤濕性最差；Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In釬料在Cu基板上的潤濕性最差，在Ni基板上的潤濕性最好。

8、>　　2) Cu/Sn-Au-Cu-In/Ni釬焊接頭的界面反應(yīng)和力學(xué)性能研究表明：5種釬料在Cu和Ni基板上生成的 IMC的類型分別為(Cu,Au)6Sn5和(Cu,Ni,Au)6Sn5型。除Sn-2.81Au-0.89Cu-3.21In釬料之外的其余4種釬料在Cu側(cè)界面附近有塊狀的Cu6Sn5相析出。Sn-2.85Au-2.34Cu-0.65In釬料的剪切強(qiáng)度最大(72 MPa)，與Sn-2.64Au-2.56Cu釬料的剪切強(qiáng)度相當(dāng)