Cu-In瞬时液相烧结连接工艺与性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:compasion
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着电力电子器件的小型化和集成化,不断提升的工作温度使其功率模块封装需经受更严苛的考验,亟需一种耐高温封装工艺。近年来,瞬时液相烧结连接技术(TLPS)凭借较低的连接温度和辅助压力,较高的强度和优异的耐高温性能,具有在电力电子封装应用的潜力。瞬时液相烧结连接选用熔点相差较大的金属粉末作为连接材料,在连接过程中低熔点金属(Sn和In)熔化并与高熔点金属(Au、Ag、Ni和Cu等)反应生成高熔点的金属间化合物,以获得耐高温焊点。In熔点仅为157°C,比Sn熔点(232°C)更低,可在更低温度下实现连接。而Cu具有良好的导电导热性能,价格低廉,Cu与In的反应产物Cu2In和Cu7In3的熔点均超过630°C。因此,Cu-In体系的瞬时液相烧结连接具有良好的耐高温潜力,对其进行深入研究极有必要。本文选择由微米Cu粉与In粉组成的Cu-In焊膏通过TLPS工艺形成Cu/Cu-In/Cu三明治焊接结构,系统研究连接温度和辅助压力对焊点界面微观组织形貌、成分、孔隙率和剪切强度的影响规律,优化连接温度和辅助压力参数。进一步研究在优化温度和压力下,保温时间对焊点界面微观组织、孔隙率、剪切强度和断口组织形貌的作用规律,探明焊点断裂机制。最后,对优化TLPS工艺的Cu/Cu-In/Cu焊点进行老化测试和电化学腐蚀测试研究其可靠性及耐腐蚀性能。研究结果表明,连接中施加0.6MPa的辅助压力可获得致密且剪切强度较高的焊点。连接温度为260°C时,随着保温时间的延长,连接层组织发生了低温相Cu11In9(307°C)到高温相Cu2In(667°C)的转变,相变过程中产生了12.74%的体积膨胀,孔隙率减小,剪切强度增加。焊点断裂的发生从Cu11In9与Cu的界面处逐渐向Cu2In与Cu的界面处转移,断裂方式均属于沿晶断裂。而连接温度为320°C时,连接层组织发生了高温相Cu2In到Cu7In3(631°C)的转变,在保温时间为120min时孔隙率增大,剪切强度降低,因为在该相变过程中产生了15.43%的体积收缩。断裂方式在保温时间为30min和60min时为沿晶断裂,而在120min和180min时为沿晶和穿晶的混合断裂。Cu/Cu-In/Cu焊点在250°C和350°C老化96h后,焊点剪切强度分别为20.8MPa和23.4MPa,组织成分保持稳定,表现出了良好的服役可靠性。此外,Cu-In连接层的腐蚀电位(-0.24V)接近于Cu(-0.22V),表明其具有与Cu相近的耐腐蚀性能。
其他文献
减速器是用于传递扭矩和改变速度的齿轮传动系统,具有可靠、传动效率高以及运行平稳等特点,是电动汽车的核心零部件。目前电动汽车的驱动方案主要是采用电动机与两档减速器直联的结构形式,汽车在行驶过程中,减速器齿轮会受到随机的循环载荷的作用,导致齿轮容易发生失效,影响汽车行驶的可靠性和安全性。齿轮的失效形式一般包括疲劳断裂、冲击断裂、齿面胶合、磨损等,导致这些失效的原因也各有不同。本论文首先针对某电动汽车减
学位
随着人们对清洁能源需求的增加和风电行业的发展,风电叶片逐步向大型化和智能化方向发展。为了适应风电行业的发展,降低经济成本并缩短成型时间,使用计算机进行复合材料工艺模拟以进行工艺参数设计和优化便应运而生并取得了较大的发展。对仿真方案进行探索研究、对渗透率参数进行理论分析和对材料性能进行测试等对工艺模拟有着重要作用,合适的仿真方案和准确的材料参数相结合,才能获得高效、合理的模拟方案。本文采用工艺模拟和
学位
粉末成形作为粉末冶金工艺中制备高性能材料的一个重要工艺环节,它具有材料利用率高以及能够成形复杂形状零件等优点。在粉末的成形过程中,粉末压坯的致密度是影响最终零件产品性能的重要因素,因此需要对粉末在压制成形过程中的变形行为及致密化机理展开研究。在粉末压制成形的变形行为研究中,通常采用数值模拟手段进行分析,而在采用数值有限元分析粉末压制的变形行为以及致密化机理过程中,材料的本构模型是其中的基础与核心。
学位
随着社会的不断进步与发展,人类对于能源的需求不断增加,为解决随之而来的资源短缺以及排放问题,提出了“轻量化”战略,其中最为有效的轻量化方式就是结构轻量化,而实行结构轻量化所必须面临的就是异种金属材料的连接问题。高速冲击连接作为最行之有效的解决方案,成为了目前的研究热点。本文以铝钢异种金属的箔片汽化冲击焊接工艺为研究对象,对异种金属的高速冲击焊接理论进行了分析总结,得出了影响连接界面形貌特征的因素,
学位
在全球环境保护、节能减排和资源节约的背景下,轻量化、“铝代铜”已成为制造业的主流发展趋势,铜铝连接的应用需求更广泛、挑战也更严峻,迫切需要突破相关瓶颈,研究开发优质高效的先进连接技术。为此,课题组提出了磁脉冲辅助半固态钎焊来连接铜铝异质管件的方法,考虑到Zn-15Al具有合适的固液区间,是较为合适的Cu/Al管磁脉冲辅助半固态钎焊用钎料。本文将以Zn-15Al钎料为研究对象,针对磁脉冲辅助半固态钎
学位
随着通讯终端设备向集成化、低损耗方向快速发展,微波系统对Al合金低温互连提出了更高的要求。然而,通讯基板钎焊连接时易出现气孔和裂纹,这将严重损害通讯系统的电讯指标。本课题针对通讯基板钎透率较低、可靠性较差等问题,制备了合金泡沫增强Sn基复合焊料,并利用超声空化效应实现通讯基片与Al合金的无钎剂、高钎透率、高可靠性钎焊连接。本文对不同状态Al合金进行超声辅助钎焊原理分析和工艺路径探索,分析了接头组织
学位
炔丙醇及其衍生物作为一类重要的工业原料,目前已被广泛应用于建材、农药、医药、化学等领域。其中在有机合成领域,炔丙醇是一类重要的有机合成中间体,其结构中的羟基和炔基具有丰富的反应性。此外,炔丙醇廉价易得,结构易调整,因此常用于合成维生素、醚类、酮类等天然产物或精细化学品。α-羟基酮、噁唑啉酮、烯二酮是有机化学中重要的酮结构,其中,α-羟基酮在生物、医药、催化等方面用途广泛,噁唑啉酮常被用作抗菌药或兴
学位
无论是从节约资源、控制成本,还是从轻量化、节能减排角度考量,铝代铜都是当下发展的趋势之一。但是铜和铝是异种金属,他们之间性质差别很大,实现铜/铝直接焊接得到有效接头很困难。而目前一些资料证明采用钎焊的方式可以实现铜管和铝管的有效连接,但其界面的连接机理并未得到充分的研究。本文在磁脉冲-半固态辅助钎焊的基础上,通过分子动力学模拟在微观原子尺度上对焊接界面各元素的扩散机理进行了研究。通过有限元数值分析
学位
新能源汽车、智能电网、航空航天等行业迅速发展,其领域内不断高度微型化、集成化的电子设备为功率电子器件的封装提出了低温互连,高温服役的要求。传统锡基焊料不耐350℃以上的高温,而常见的高温焊料则由于熔点过高极易造成元器件的损坏,现在研究的新型连接工艺如瞬时液相烧结(TLPs)及纳米颗粒烧结(NPs)等方式存在连接层孔洞较多,烧结压力过大,生成脆硬性的金属间化合物(IMCs)影响连接强度等缺点,因此亟
学位
轴承作为机器中的关键零件,在汽车、轮船、重型装备和航空航天等领域广泛运用,是机械部件转动不可或缺的零件。轴承中的流线组织分布对轴承的使用性能有重要影响。本课题研究了GCr15轴承钢中流线组织在成形制造过程中的演变特性及对机械性能的影响。首先对GCr15轴承钢热轧态流线组织进行了微观分析,揭示热轧态流线组织的形貌特征。对热轧态GCr15轴承钢进行球化退火处理,分析退火态GCr15轴承钢中流线组织的微
学位