非晶態(tài)釬料的釬焊性能及其連接機(jī)理.pdf

1、用X-射線衍射、差示掃描量熱分析儀(DSC)、掃描電鏡和電子探針等為主要研究手段，以Cu65.5Ni16.6P12.9Sn4.9非晶態(tài)釬料和AlSiCu快速凝固釬料為對象，通過對非晶態(tài)釬料釬焊升溫過程中的組織演變、釬料與基材的相互作用、釬焊接頭的形成過程、以及釬焊接頭性能的詳細(xì)研究，揭示了非晶態(tài)釬料潤濕機(jī)理，釬料合金元素在釬焊過程中的擴(kuò)散行為，非晶態(tài)釬料的晶化對釬焊過程的影響，從本質(zhì)上解釋了非晶態(tài)釬料性能優(yōu)異的原因。通過以上研究發(fā)現(xiàn)：<

2、br>　　 在釬焊升溫過程中非晶態(tài)釬料在固態(tài)下雖然發(fā)生晶化并長大，但晶化后的晶粒細(xì)小，組織均勻，無宏觀及顯微偏析，這有利于釬焊時(shí)元素的擴(kuò)散和液相的生成。普通晶態(tài)釬料在釬焊前已有粗大的初晶和化合物出現(xiàn)。粗大的Cu3P金屬間化合物不僅使接頭強(qiáng)度降低，而且對疲勞和沖擊性能也有不良的影響。
　　 非晶釬料中的原子有很強(qiáng)的擴(kuò)散能力，在固相加熱過程中就與基材進(jìn)行了相互作用，生成了接合良好的擴(kuò)散溶解層，普通釬料這一過程較非晶釬料滯后，且不完

3、全。通過數(shù)值計(jì)算獲得了Sn元素在基體中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散激活能，計(jì)算結(jié)果表明非晶釬料的擴(kuò)散系數(shù)大于普通釬料，擴(kuò)散激活能更小，有利于原子擴(kuò)散。
　　 Cu-P釬料的潤濕由三個過程組成。首先是物理潤濕過程，釬料在基材表面熔化后形成液體熔滴，在表面張力的作用下，液態(tài)釬料在基材表面潤濕鋪展，隨時(shí)間的延長，熔滴與基材建立起物理平衡，在物理潤濕階段由于釬料與基材的界面張力較大，所以潤濕角緩慢減小。其次是固溶潤濕過程，在這個階段潤濕角迅速減小，

4、這是由于釬料中的Sn原子通過表面擴(kuò)散進(jìn)入基材，固溶到基材后降低了釬料與基材的界面張力，增加了潤濕驅(qū)動力，使?jié)櫇窠茄杆贉p小，當(dāng)界面張力達(dá)到平衡后潤濕角便不再減小，進(jìn)入第三個過程。非晶態(tài)釬料與普通晶態(tài)釬料在潤濕性上的差異主要是非晶態(tài)釬料固溶潤濕過程提前，而且充分。非晶態(tài)釬料熔化前Sn原子已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入界面前沿的基材中形成固溶體，降低了界面張力。而普通釬料還需要一段時(shí)間完成這個過程，所以需要更長的時(shí)間或更高的溫度才能潤濕基材。另外，由于非晶態(tài)釬

5、料中原子擴(kuò)散能力強(qiáng)，基材中Sn原子的含量要高于普通釬料釬焊接頭，這也有助于提高釬料的潤濕性。
　　 非晶態(tài)釬料釬焊接頭的形成由四個過程組成，它們分別是釬料的固相擴(kuò)散過程，液態(tài)釬料的生成及潤濕鋪展過程，釬焊溫度下元素向基材的擴(kuò)散和基材向釬料的溶解過程，液態(tài)釬料凝固過程。在非晶態(tài)釬料接頭形成的整個過程中，第一個過程和第三個過程起主導(dǎo)作用，而晶態(tài)釬料則以第二個過程為主。即非晶釬料在接頭形成過程中更多地表現(xiàn)為以元素的擴(kuò)散為主的“擴(kuò)散釬焊

6、”特征，而晶態(tài)釬料則更多地體現(xiàn)為以液態(tài)釬料的流動和鋪展為主的“毛細(xì)釬焊”特征。
　　 釬料殘余層由大量的Cu3P和少量的Ni2P以及Cu基固溶體組成，釬料殘余層中的脆性化合物降低了釬焊接頭強(qiáng)度。非晶態(tài)釬料殘余層的厚度比晶態(tài)釬料小，是由于非晶態(tài)釬料釬焊間隙小，原子擴(kuò)散距離短，溶質(zhì)原子能快速固溶于界面前沿的基材中，并很快達(dá)到飽和，飽和的溶質(zhì)原子在濃度梯度作用下向基體內(nèi)部擴(kuò)散，致使界面前沿溶質(zhì)原子濃度降低，基材進(jìn)一步溶解，如此反復(fù)進(jìn)行

7、，釬料殘余層不斷減薄。另外，非晶態(tài)釬料在釬焊升溫過程中通過固相擴(kuò)散使大量溶質(zhì)原子進(jìn)入基材，是非晶態(tài)釬料殘余層厚度小于晶態(tài)釬料的另一個原因。
　　 與晶態(tài)釬料相比，非晶態(tài)釬料可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成釬焊，即釬焊溫度和保溫時(shí)間可低于晶態(tài)釬料，這是非晶態(tài)釬料物理潤濕過程較短所致，有助于非晶態(tài)釬料釬焊薄小件，減少基材的溶蝕和晶粒長大。
　　 作為非晶態(tài)釬料大類中的一種，“快速凝固”釬料具有與非晶態(tài)釬料基本相同的釬焊特性?？焖倌题F