超声辅助制备纳米SiC颗粒增强SnCu复合钎料的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:babyface_2009
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在电子封装互连材料中,SnCu钎料作为低成本合金已成为应用最广泛的无铅钎料之一。然而,SnCu共晶合金的机械性能比Sn-Pb差,如剪切强度、抗拉强度以及抗蠕变性能等不够理想,因此SnCu共晶合金的机械性能亟待改善。纳米SiC颗粒具有良好的导热性,很低的热膨胀系数,以及稳定的化学性能,是首选的增强相之一。本课题通过超声辅助方法成功制备出SiC-SnCu复合钎料,研究了复合钎料的微观组织和力学性能,探讨了超声功率参数及SiC添加含量对复合钎料的影响,最后对该复合钎料焊点界面金属间化合物层形貌、厚度以及性能进行了探讨。本课题对SiC-SnCu复合钎料的显微组织进行了分析。发现随着纳米SiC颗粒含量的增加,复合钎料合金的平均枝晶间距先减小后增大,含量为0.3wt.%时间距最小(2.17μm)。施加超声振动能够有效抑制纳米SiC颗粒的上浮和团聚趋势,改善纳米SiC颗粒与SnCu熔融钎料的润湿性,使纳米SiC颗粒在复合钎料基体中弥散分布。但是,随着超声功率的增大,含0.3wt.%纳米SiC颗粒的复合钎料合金的平均枝晶间距先减小后增大,超声功率为198W时的间距最小。通过对超声辅助方法制备的SiC-SnCu复合钎料进行DSC分析、热膨胀系数测试和显微维氏硬度测试,结果表明:添加有纳米SiC颗粒的复合钎料熔点降低约2.5℃,SiC-SnCu复合钎料与现有SnCu共晶钎料的钎焊工艺兼容;纳米SiC颗粒含量达到0.5wt.%时,复合钎料的热膨胀系数相比原始SnCu共晶钎料下降了23.2%;施加165W超声功率制备的0.3wt.%SiC-SnCu复合钎料,硬度达到最大值,比原始钎料提高了21.3%。之后将制备出的SiC-SnCu复合钎料重熔成钎料球,与Cu焊盘进行回流焊接,在150℃条件下时效老化后,对焊点界面处金属间化合物层进行分析。结果表明:添加纳米SiC颗粒能够抑制焊点界面金属间化合物层厚度的快速增长,相对无增强颗粒的SnCu钎料焊点,复合钎料焊点的金属间化合物层厚度减少了31.9%;在纳米SiC颗粒含量达到0.3wt.%时,未经时效老化的焊点剪切强度达到最大值(30.92MPa),相比原始SnCu共晶钎料焊点提高了43.4%。
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