论文部分内容阅读
高体积分数(≥50%)SiC颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)在电子封装领域具有非常广阔的应用前景,有望完全替代目前使用的可伐合金成为新一代的电子封装材料。然而,由于其增强体与基体之间巨大的物理力学性能差异,使得高体积分数SiC_p/Al复合材料的连接具有较大困难。虽然熔化焊、扩散焊、瞬间液相连接和钎焊等方法在一定条件下都能实现对高体积分数SiC_p/Al复合材料的连接,但是目前还没有一种方法能够纯熟应用。钎焊由于加热温度较低,且钎焊后材料变形、残余应力小,因此在连接高体积分数SiC_p/Al复合材料上更具有潜力。本文以70vol.%SiC_p/Al复合材料为研究对象,制备了不同Mg含量的Al-Cu-Si-Mg(Al-20Cu-6Si-x Mg,x=0、1、3、5,质量比)钎料,并对该钎料的显微组织、熔化特性、物相、耐腐蚀性、拉伸强度等性能进行了测试分析,考察了自制Al-Cu-Si-Mg钎料和商用Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料对70vol.%SiC_p/Al的润湿性、钎焊及其界面与接头性能。研究结果表明:Mg能够与Al形成低熔点共晶而降低钎料熔点,该四种Al基钎料的固相线温度分别为516.8°C、506.8°C、504.8°C和503.9°C,液相线温度分别534.3°C、531.9°C、529.8°C和531.4°C。Al-Cu-Si钎料主要由α(Al)基体、Al2Cu和Al2Si组成,而Al-Cu-Si-Mg钎料主要由α(Al)基体、Al2C u、Al2Si和Mg2Si组成。由于Mg2Si具有良好的固溶强化作用,固溶处理后钎料的拉伸强度显著提高,最高达到了308.6 MPa。由于钎料中Mg2Si的溶解比氧化膜的形成更快,所以Mg含量越高,氧化膜变薄,从而降低钎料的耐腐蚀性。对四种Al基钎料在SiC_p/Al复合材料上的润湿性测试表明,Mg能够去除钎料和母材表面的氧化膜,提高钎料在母材上的润湿性。含Mg量为1%、3%、5%的Al-Cu-Si-Mg钎料在SiC_p/Al复合材料上的接触角分别为143.7°、132.6°和125.5°。对Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料在镀镍前后SiC_p/Al复合材料上的润湿性测试发现,Sn-3.5Ag-0.5Cu几乎完全不润湿SiC_p/Al复合材料,而对镀镍后SiC_p/Al复合材料表面具有良好的润湿性,即在400°C时的接触角为19.4°。在580°C时,四种Al基钎料钎焊未镀镍SiC_p/Al复合材料获得的钎焊接头的剪切强度分别为25.3、33.6、36.3和40.7 MPa,而采用最高含Mg量的钎料(Al-20Cu-6Si-5Mg)钎焊镀镍后SiC_p/Al复合材料获得的接头剪切强度达到了75.2 MPa。在300°C时,采用Sn-3.5Ag-0.5Cu钎料不能连接SiC_p/Al复合材料,而对镀镍后SiC_p/Al复合材料能够获得良好的钎焊接头,接头的剪切强度达到了45.6 MPa。