藍寶石低溫超聲釬焊工藝及界面形成機理.pdf

1、藍寶石作為一種光學材料，具有耐磨損、耐腐蝕、耐輻射等優(yōu)點，在光學器件及半導體器件中的應用越來越廣泛。針對目前藍寶石連接存在難反應、難潤濕、殘余應力大等問題，本文提出了一種用含有Al的Sn基釬料超聲波輔助釬焊藍寶石的方法，研究了超聲波作用下藍寶石/釬料界面結合機理，分析了接頭組織形貌及斷口特征，探索了合適的藍寶石低溫釬焊工藝。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在230℃超聲波作用下SnZnAl能和藍寶石形成可靠結合。SEM分析發(fā)現(xiàn)，SnZnAl/藍寶

2、石界面處有一層化合物形成。TEM分析表明這層化合物是α-Al2O3納米晶(nano-crystallineα-Al2O3layer-NCAL)，在超聲作用1000s時這層化合物厚度約為100nm。分析認為，該NCAL層是由超聲作用下釬料中的Al發(fā)生氧化反應生成。
　　270℃下用SnAgCuAl超聲釬焊藍寶石時，在藍寶石/釬料界面處也觀察到有一層Al2O3生成，Al2O3是連接藍寶石和釬料的過渡層。隨著超聲處理時間的延長，界面反應

3、產(chǎn)物的數(shù)量增加。超聲波促進界面反應的同時也促進釬料中的Al向界面處擴散，焊縫內(nèi)部微區(qū)成分分析表明靠近界面處釬料中Al的含量高于遠離界面釬料中Al的含量。對剪切斷口進行分析發(fā)現(xiàn)，生成的Al2O3與藍寶石的結合強于Al2O3與釬料的結合，斷裂發(fā)生在Al2O3與釬料的結合處。力學性能測試結果表明，隨著超聲作用時間的增長接頭剪切強度提高，最高強度為57MPa。
　　180℃下用SnBiAl實現(xiàn)了藍寶石在更低溫度下的連接，剪切強度最高可達2