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1、學校代碼:10406分類號:TG454學號:140308520415南昌航空大學碩士學位論文南昌航空大學碩士學位論文(碩士研究生)Ni對Sn58Bi釬縫界面反應及接頭性能的影響Ni對Sn58Bi釬縫界面反應及接頭性能的影響碩士研究生:楊起導師:胡德安教授申請學位級別:碩士學科、專業(yè):材料工程所在單位:航空制造工程學院答辯日期:2017年6月授予學位單位:南昌航空大學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,在低溫無鉛釬焊領(lǐng)域具有重要的應用價值。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,導致釬料的耐沖擊能力變?nèi)?。同時釬焊接頭的Cu3SnCu界面會出現(xiàn)Bi相的偏析,這種偏析嚴重降低了釬焊接頭的強度和可靠性,致使SnBi系無鉛釬料的應用受到極大限制。所以本文提出在恒溫時效溫度120℃條件下,通過Ni顆粒強化釬料基體,Cu基板表面鍍Ni改性,以及前兩種機制下的N
3、i聯(lián)合作用,研究三種工藝條件下Ni對Sn58Bi釬縫界面反應及接頭性能的影響,主要研究結(jié)果表明:當Sn58Bi釬料中添加Ni顆粒時,可有效細化局部釬料組織,同時釬縫界面形成的IMC(金屬間化合物)為(Cu,Ni)6Sn5,促進了Cu和Sn的擴散平衡,抑制Bi相在IMCCu釬縫界面的偏析。在時效反應階段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)境中的力學性能得到了提升。當在Cu基板表面鍍Ni改性時,由于鍍層中的高熔點Ni元素促進了釬料內(nèi)部細化,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。并且在時效反應階段,釬縫界面IMC層和NiP阻擋層的共同作用,Cu元素的擴散速度大幅降低,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性能。在未時效階段,當Ni聯(lián)合處理時,不僅解決了Sn58Bi釬料中添加Ni顆粒時,導致的釬縫界面IMC層的厚度過厚,造成釬縫接頭的力學性能下降。而且解決了在Cu基板表面鍍Ni改性時,導致IMC層的生長得到抑制,造成釬縫接頭力學性能不佳問題。并且在時效反應階段,Ni聯(lián)合處理工藝條件時,Cu元素的擴散速度大幅下降,IMC層的生長速率達到三種工藝條件時最低,Bi在IMCCu(Ni
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