Ag@40Sn核壳结构高温钎料界面反应与焊缝性能研究

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1、硕士学位论文Ag@Sn核壳结构高温钎料界面反应与焊缝性能研究STUDYOFINTERFACIALREACTIONANDPROPERTIESOFTHEINTERCONNECTIONBASEDONAG@SNCORE-SHELLPARTICLES郭强哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TG113.25学校代码：10213国际图书分类号：669密级：公开工学硕士学位论文Ag@Sn核壳结构高温钎料界面反应与焊缝性能研究硕士研究生：郭强导师：陈宏涛副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳

2、研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG113.25U.D.C:669AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSTUDYOFINTERFACIALREACTIONANDPROPERTIESOFTHEINTERCONNECTIONBASEDONAG@SNCORE-SHELLPARTICLE

3、SCandidate：GuoQiangSupervisor：AssociateProf.ChenHongtaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechn

4、ology摘要摘要随着电子产品向小型化和多功能化方向发展，芯片的发热量越来越大。尤其是应用在石油开采、航空航天、混合动力汽车等领域的电子器件工作温度更高。对于高温钎料的需求逐年增加，而现有的这些高温钎料都有一定的局限性。Ag@Sn核壳结构高温钎料通过对传统瞬间液相连接方法进行结构上的调整，能够在极短时间内形成可以在高温环境下服役的焊点，是一种很有潜力的新型高温钎料。但是，Ag@Sn粉体制备工艺不稳定，形成的焊点组织和性能有较大的提升空间。因此，本课题通过工艺和结构上的调整以及对Ag/Sn、Cu/Sn/

5、Ag界面的进一步研究，优化了Ag@Sn粉体的制备方法以及所形成焊点的结构、组织和性能，使Ag@Sn粉体成为更完善、更有竞争力的高温钎料。针对Ag@Sn粉体制备工艺的不足，进行了镀锡工艺优化。通过对镀覆过程中的工艺因素进行排查，确定了对Ag@Sn粉体制备工艺稳定性和包覆效果影响最大的五个因素，包括：Ag粉预处理工艺、镀液pH、转子长度、转速和镀后处理工艺。优化后的Ag@Sn粉体制备工艺成功率较高且包覆效果较好。通过减小Ag@Sn粉体的镀锡层厚度，焊点的孔洞问题得以有效解决。焊点最高服役温度、剪切强度和导

6、电性能均有所提升，回流所需时间缩短，且由于界面相变为ζ-Ag，剪切试验中延性断裂增多。实验中发现，界面处有Sn残留的情况下ζ-Ag不会生长，因此本文对Ag3Sn和ζ-Ag的生长关系进行了讨论，认为这是由于残余Sn能够通过晶界扩散通道快速地穿过Ag3Sn层从而对ζ-Ag的长大产生抑制。为了进一步考察Ag@Sn粉体对Cu焊盘的适应性，对Ag/Sn/Cu瞬间液相连接焊点的界面组织与性能进行了研究，发现Cu-Sn金属间化合物与Ag-Sn金属间化合物之间不存在孔洞缺陷。这意味着将基板材料换成铜板后，并不会造成预

7、制片与基板之间界面性能的弱化。为了考察Ag@Sn焊点在长时间高温服役过程中和冷热冲击下的可靠性，对Ag@Sn焊点进行了老化试验与热循环试验。在200℃下老化两周之后，Ag@Sn焊点显微组织中没有观察到孔洞的增加，主要相由Ag/ζ-Ag转变为Ag/Ag(Sn)固溶体，球间金属间化合物层增厚且由平滑变得犬牙交错。老化之后，Ag@Sn焊点剪切强度略有下降，断口处观察到剪切带的增多，表明发生更多的延性断裂。1500周热循环试验后，只有少数Ag@Sn焊点失效，基板界面金属间化合物层过厚导致的界面开裂在失效方式中

8、占大多数。对薄镀锡层的Ag@Sn焊点进行的热循环试验表明，减小Ag@Sn粉体的镀锡厚度可以有效地减少热-I-摘要循环过程中球间金属间化合物层微裂纹的形成，并避免预制片内部横向开裂的发生。针对以预制片为形式的Ag@Sn钎料对基板平整度适应性差的问题，探索了Ag@Sn钎料膏的制备。试验发现，以助焊膏作为分散剂的Ag@Sn钎料膏能够实现Cu-Cu互连。离子研磨后，界面显微组织SEM图像表明钎料膏与两侧Cu基板形成了有效连接；Ag@Sn钎料膏焊点的平均剪切强度为