Cu6Sn5纳米颗粒的制备与连接工艺探索

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1、硕士学位论文Cu6Sn5纳米颗粒的制备与连接工艺探索PREPARATIONOFCu6Sn5NANOPARTICLESANDEXPLORATIONOFJOININGPROCESSOFCu6Sn5付星尧哈尔滨工业大学2015年7月国内图书馆分类号：TG425+.1学校代码：10213国际图书馆分类号：621.791密级：公开工程硕士论文Cu6Sn5纳米颗粒的制备与连接工艺探索硕士研究生：付星尧导师：王春青教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG425+.1U.D.C.:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFCu6Sn5NANOPARTICLESANDEXPLORATIONOFJOININGPROCESSOFCu6Sn5Candidate：FuXingyaoSupervisor：Prof.WangChunqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeri

3、ngSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要Cu6Sn5是常见的Cu-Sn金属间化合物，在Cu与Sn基钎料相互作用下，很容易在焊接界面处生形成Cu6Sn5，但是由于Cu-Sn之间相互扩

4、散速度不同，会在Cu-Sn界面处产生柯肯达尔孔洞，从而导致焊点的性能下降。本文探索了常温常压下，利用化学反应的方法制备了纳米级别的单质Cu和单质Sn以及Cu6Sn5金属间化合物，并且初步探索了利用其作为连接材料实现Cu-Cu连接的工艺方法，并对焊点进行了力学性能、润湿性能、连接性能的测试，对焊缝中钎料组织形貌变化以及界面处IMC生成规律进行了研究。实验中采用液相氧化还原反应制备单质Cu、单质Sn、Cu6Sn5。氧化剂分别采用氧化剂为CuCl22H2O和SnCl22H2O，还原剂采用NaBH4

5、，分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮（PVPK30）。实验过程中，采用乙醇作为溶剂，并且采用溶液等体积混合的方式进行制备纳米粉末，实验中发现，0.020g/ml的CuCl22H2O乙醇溶液，0.008g/ml的SnCl22H2O乙醇溶液中一种或者两种，0.016g/ml的PVP乙醇溶液，以及含有过量的NaBH4悬浊液进行等体积混合时，能够制得纯净的Cu单质、Sn单质以及Cu6Sn5金属间化合物纳米颗粒。其中平均粒径分别为50.45nm，84.73nm，和47.46nm。对于改变反应参数时Cu6Sn5中

6、杂质的变化，实验中，等比例改变了溶液的浓度和PVP溶液的浓度，发现实验参数的改变会给Cu6Sn5带来杂质，杂质通常为Cu2O和SnO2，且杂质的变化随着溶液参数的变化而变化。随后在焊接过程中，研究了Sn基掺杂Cu6Sn5纳米颗粒钎料的焊接性能、力学性能、组织形貌及界面处IMC生成等规律。混合钎料的润湿角随着温度的升高而降低，实验中润湿性能最好为400℃。力学性能分析发现，焊点的强度和塑性呈相同的趋势变化，都与保温时间和焊接温度呈正相关。随后的最值形貌发现，钎料在200℃在界面处没有形成冶金结合。

7、焊接过程在250℃开始出现局部连接，并且焊缝成分均为Cu6Sn5，焊接的钎料-Cu界面处出现了Cu3Sn，并且随着保温时间的增加有升高的趋势。关键词：化学合成；Cu6Sn5；纳米颗粒；焊接；全IMCI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCu6Sn5isacommonCu-Snintermetalliccompound,inthetraditionalroleoftheSn-basedsolder,itiseasytoformattheinterface,butbecausemutual

8、diffusionwillproduceKirkendallvoidsbetweentheCu-Sn，thiswillcausesolderperformancedegradationofjoiningpoint.Thisarticleexplorestheambienttemperatureandpressure,pureCuandSnandCu6Sn5nanoparticleswerepreparedbychemicalreactions.Initialexplorationofitsimp