錫基焊料與基材間的界面反應(yīng)研究.pdf

1、在電子產(chǎn)品的封裝及后續(xù)服役中，焊料與基材會(huì)發(fā)生界面反應(yīng)，從而影響焊點(diǎn)的性能以及封裝的可靠性。因此，研究焊料與基材體系界面反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，對(duì)焊料成分與焊接工藝的設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“錫基無鉛焊料與基材間界面反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究(No.50371104)”和“兩種金屬在界面反應(yīng)時(shí)中間相形成序列的動(dòng)力學(xué)研究(No.50671122)”的支持下，采用擴(kuò)散偶技術(shù)和合金法，并結(jié)合相圖計(jì)算方法（CAL

2、PHAD）對(duì)多種錫基合金與基材體系的相平衡關(guān)系、界面反應(yīng)新相形成動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究，獲得了如下結(jié)果:
　　 (1)結(jié)合X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和電子探針微區(qū)成分分析(EPMA)，首次測定了Sn-Zn-Co三元系650℃和750℃的相平衡關(guān)系，并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的相圖及熱力學(xué)數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算了Sn-Zn-Co三元系，獲得了一組合理的熱力學(xué)參數(shù)。
　　 (2)采用CALPHAD方法評(píng)估了Ag-Co

3、二元體系的熱力學(xué)參數(shù)，結(jié)合已有的Ag-Sn、Co-Sn二元體系的參數(shù)外推計(jì)算并建立了Sn-Ag-Co三元系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫。采用Sn-Ag-Co三元系的熱力學(xué)參數(shù)和Scheil-Gulliver的模型模擬了3個(gè)典型Sn-Ag-Co合金的凝固過程，計(jì)算結(jié)果合理地解釋了合金凝固組織的演變。
　　 (3)借助SEM、EPMA分析手段和擴(kuò)散偶技術(shù)，實(shí)驗(yàn)研究了300、400、500和600℃的Co/Sn界面反應(yīng)。結(jié)果表明，300℃的Co/S

4、n界面反應(yīng)產(chǎn)物為CoSn3，400℃和500℃的Co/Sn界面產(chǎn)物為CoSn2，600℃的Co/Sn界面產(chǎn)物為CoSn。
　　 (4)實(shí)驗(yàn)研究了300℃的Sn-3.5wt.％Ag/Co界面反應(yīng)。結(jié)果表明，界面產(chǎn)物為CoSn3，其生長服從擴(kuò)散控制的拋物線長大規(guī)律。與300℃時(shí)Co/Sn界面CoSn3層的生長相比，發(fā)現(xiàn)Ag對(duì)CoSn3層的生長具有抑制作用。
　　 (5)研究了360℃時(shí)不同成分的Sn-Zn合金(Sn-35，6

5、0at.％Zn)與基材Co的界面反應(yīng)。結(jié)果表明，Sn-35at.％Zn/Co的界面產(chǎn)物為化合物γ1-CoZn7，Sn-60at.％Zn/Co的界面產(chǎn)物為化合物γ2-CoZn13。
　　 (6)綜合考慮新相的形核及生長的動(dòng)力學(xué)，理論上提出了一個(gè)定量預(yù)測兩個(gè)金屬組元之間界面反應(yīng)新相形成的動(dòng)力學(xué)判據(jù);采用該判據(jù)和相關(guān)體系的熱力學(xué)參數(shù)，能夠合理地解釋二元反應(yīng)偶（如Cu/Sn、 Ni/Sn、Ag/Sn、Au/Sn、 Co/Sn、Al/Cu