Ni對Sn-58Bi釬縫界面反應(yīng)及接頭性能的影響.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號：TG454學(xué)號：140308520415南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（碩士研究生）Ni對Sn58Bi釬縫界面反應(yīng)及接頭性能的影響Ni對Sn58Bi釬縫界面反應(yīng)及接頭性能的影響碩士研究生：楊起導(dǎo)師：胡德安教授申請學(xué)位級別：碩士學(xué)科、專業(yè)：材料工程所在單位：航空制造工程學(xué)院答辯日期：2017年6月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要摘要SnBi系無鉛釬料的熔點較低（共晶成分熔點為139℃），能夠降

2、低電子元器件及基板在封裝過程中的熱傷害，在低溫?zé)o鉛釬焊領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。但是Sn58Bi釬料時效組織穩(wěn)定性較差，在80℃到130℃的服役環(huán)境中Bi相會異常粗化，導(dǎo)致釬料的耐沖擊能力變?nèi)酢Ｍ瑫r釬焊接頭的Cu3SnCu界面會出現(xiàn)Bi相的偏析，這種偏析嚴(yán)重降低了釬焊接頭的強(qiáng)度和可靠性，致使SnBi系無鉛釬料的應(yīng)用受到極大限制。所以本文提出在恒溫時效溫度120℃條件下，通過Ni顆粒強(qiáng)化釬料基體，Cu基板表面鍍Ni改性，以及前兩種機(jī)制下的N

3、i聯(lián)合作用，研究三種工藝條件下Ni對Sn58Bi釬縫界面反應(yīng)及接頭性能的影響，主要研究結(jié)果表明：當(dāng)Sn58Bi釬料中添加Ni顆粒時，可有效細(xì)化局部釬料組織，同時釬縫界面形成的IMC（金屬間化合物）為(Cu，Ni)6Sn5，促進(jìn)了Cu和Sn的擴(kuò)散平衡，抑制Bi相在IMCCu釬縫界面的偏析。在時效反應(yīng)階段Ni顆粒的添加可以抑制釬料組織內(nèi)部Bi相的偏聚，同時在釬縫界面IMC阻擋層的作用抑制了Cu原子擴(kuò)散速度，間接抑制了釬縫界面Bi相的偏析。不

4、僅提高了Sn58BiNi釬料焊縫接頭在低溫服役環(huán)境下的組織穩(wěn)定性，而且釬焊接頭在服役環(huán)境中的力學(xué)性能得到了提升。當(dāng)在Cu基板表面鍍Ni改性時，由于鍍層中的高熔點Ni元素促進(jìn)了釬料內(nèi)部細(xì)化，Bi相在釬料組織內(nèi)部偏聚得到延緩，界面形成的Ni3Sn4結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易發(fā)生兩相區(qū)轉(zhuǎn)變，阻礙了Bi相在界面的偏析。并且在時效反應(yīng)階段，釬縫界面IMC層和NiP阻擋層的共同作用，Cu元素的擴(kuò)散速度大幅降低，在釬縫界面Bi的偏析得到有效抑制。整體提高Sn58B

5、iCu(Ni)釬縫接頭在低溫服役環(huán)境下的組織穩(wěn)定性和釬焊接頭力學(xué)性能。在未時效階段，當(dāng)Ni聯(lián)合處理時，不僅解決了Sn58Bi釬料中添加Ni顆粒時，導(dǎo)致的釬縫界面IMC層的厚度過厚，造成釬縫接頭的力學(xué)性能下降。而且解決了在Cu基板表面鍍Ni改性時，導(dǎo)致IMC層的生長得到抑制，造成釬縫接頭力學(xué)性能不佳問題。并且在時效反應(yīng)階段，Ni聯(lián)合處理工藝條件時，Cu元素的擴(kuò)散速度大幅下降，IMC層的生長速率達(dá)到三種工藝條件時最低，Bi在IMCCu(Ni