【摘 要】
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易熔合金因其熔点低的特点,被广泛应用于金属相变材料、电子封装中焊料、模具冲模以及电器、电子设备、消防、火灾报警等设备的保险丝、熔断器等热敏组件。而磁控溅射技术因其沉积温度低,沉积速度快等优点被广泛应用于工业生产。本文采用射频磁控溅射方法制备出了Sn-3.5Ag共晶薄膜,并基于此薄膜制备出用于可集成环境响应装置。通过XRD、SEM、EDS、DSC等表征设备以及HMS-TT型霍尔效应测试等手段,对Sn
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易熔合金因其熔点低的特点,被广泛应用于金属相变材料、电子封装中焊料、模具冲模以及电器、电子设备、消防、火灾报警等设备的保险丝、熔断器等热敏组件。而磁控溅射技术因其沉积温度低,沉积速度快等优点被广泛应用于工业生产。本文采用射频磁控溅射方法制备出了Sn-3.5Ag共晶薄膜,并基于此薄膜制备出用于可集成环境响应装置。通过XRD、SEM、EDS、DSC等表征设备以及HMS-TT型霍尔效应测试等手段,对Sn-3.5Ag共晶薄膜组织和性能进行了研究,探究溅射压强、溅射功率和溅射时间等工艺参数对Sn-3.5Ag共晶薄膜的表面形貌、组织和性能的影响。搭建温度响应测试平台对可集成环境响应装置的响应温度进行测试,分析不同工艺参数对可集成环境响应装置响应温度的影响。得出以下结论:Sn-3.5Ag共晶薄膜:在溅射压强小于0.5Pa时是由尺寸为0.5～2μm的不规则岛状-层状颗粒构成。随着溅射压强增加,薄膜逐渐转变为由10～100nm的球形小颗粒构成,薄膜沉积速率先增加后减小。溅射功率的增加能促进薄膜粒径尺寸增加,提高薄膜表面致密性。随着溅射时间的增加,薄膜厚度呈线性增加,晶粒尺寸略微增加,但是薄膜致密性降低。在溅射压强为0.5Pa、溅射功率108W时可得到致密度最高,沉积速率最佳（21.7nm/min）的薄膜。Sn-3.5Ag共晶薄膜导电性能:电阻率测试结果表明,薄膜电阻率随溅射压强增加先减小后增加,随溅射功率增加而减小,随溅射时间增加而略微增加,薄膜电阻率主要受到薄膜的颗粒尺寸、致密性以及厚度的影响,薄膜颗粒尺寸越小,颗粒间的界面增加,导致电阻率增加。薄膜致密性降低电阻率增加,薄膜电阻率总是低于块状合金,且随着薄膜厚度减小而增加。当溅射压强为0.5Pa、溅射功率为108W时薄膜电阻率最低（15.4μΩ·cm）最接近块状金属。根据EDS、XRD和DSC分析表明,磁控溅射法制备的薄膜中Sn元素Ag元素分布均匀,薄膜中存在少量Ag3Sn相,薄膜熔化开始温度为220℃,与Sn-3.5Ag共晶温度接近。使用高温银导电胶固化制备了可集成环境响应结构,结构最大拉伸载荷16.18N,基于150MPa强度玻璃基板、带负重结构的冲击响应过程具有较好的一致性,可实现8000～10000g加速度下的力学响应功能。温度响应测结果表明:助断剂是温度响应测试实验的关键条件,它能够有效改善金属表面氧化状态,增加熔融金属流动性,促进金属在熔化时瞬间缩聚以完成响应温度测试,而且只有当助断剂的量大于10μL时才能达到薄膜完全缩聚成金属小球的效果。当溅射压强小于0.5Pa时,样品能在共晶温度准确响应,而溅射压强在大于2.0Pa时,由于纳米颗粒的尺寸效应,其熔点较块状样品熔点偏低,样品会低于共晶温度响应,溅射功率为108W和144W时样品能在共晶温度准确响应,溅射时间对响应温度无显著影响。
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