【摘 要】
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集成电路小型化的快速发展,使无铅钎料在使役过程中的组织结构演变及性能稳定性备受关注。添加合金元素改性无铅钎料,实现无铅钎料合金多元化发展成为必然。Sn-0.7Cu无铅钎料综合性能良好、成本低廉,应用前景广泛,但其使役过程中在熔化温度、润湿性及稳定性等方面仍存在问题。钎料合金的腐蚀行为是反映其使役性能的重要组成部分。因此,研究添加合金元素对Sn-0.7Cu无铅钎料合金的组织结构及性能的影响,揭示其腐
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集成电路小型化的快速发展,使无铅钎料在使役过程中的组织结构演变及性能稳定性备受关注。添加合金元素改性无铅钎料,实现无铅钎料合金多元化发展成为必然。Sn-0.7Cu无铅钎料综合性能良好、成本低廉,应用前景广泛,但其使役过程中在熔化温度、润湿性及稳定性等方面仍存在问题。钎料合金的腐蚀行为是反映其使役性能的重要组成部分。因此,研究添加合金元素对Sn-0.7Cu无铅钎料合金的组织结构及性能的影响,揭示其腐蚀机理具有重要的意义。本论文研究了微量元素Ni和In添加对Sn-0.7Cu无铅钎料合金显微组织、熔化特性、显微硬度、润湿性能和腐蚀行为的影响,深入探讨了合金元素对Sn-0.7Cu无铅钎料合金腐蚀行为的作用机制,阐释了元素Ni和In对Sn-0.7Cu无铅钎料合金组织结构演变和性能影响的作用规律。(1)微量元素Ni添加导致Sn-0.7Cu钎料合金中的Cu6Sn5转变为(Cu,Ni)6Sn5。随着Ni含量增加,(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物发生明显地聚集和粗化,熔化温度变化较小,硬度显著降低。当Ni添加量为0.5wt.%时,铺展面积提高15%。Ni元素添加加剧了电化学腐蚀行为:一方面,开路电位显著升高,腐蚀电流密度显著增大,腐蚀界面阻抗减小,点蚀加剧,腐蚀产物层孔洞增多;另一方面,当Ni添加量为0.5wt.%时,开路电位显著负移。Ni添加导致Sn-0.7Cu钎料合金的化学腐蚀速率增大,腐蚀表面形貌变化显著,腐蚀表面金属间化合物堆积层变得稀疏,耐腐蚀性降低。(2)微量元素In添加有利于Sn-0.7Cu钎料合金中Cu6Sn5金属间化合物形成,并对其分布影响显著。随着In添加量增加,显微组织中大颗粒金属间化合物逐渐增多,β-Sn晶粒细化。添加微量元素In有利于降低Sn-0.7Cu钎料合金的熔化温度。当In添加量为0.5wt.%时,熔点降低2.2℃,至最低值225.1℃。当In添加量为0.5wt.%时,显微硬度提高7%,至最大值12.63HV。当In添加量为0.5wt.%时,铺展面积增大2%,润湿性提高。微量元素In添加后,电化学腐蚀加剧,腐蚀电流密度增大,腐蚀界面阻抗谱曲线形状变化,阻抗显著减小,点蚀加剧,腐蚀产物层致密性降低。在化学腐蚀中,In添加导致化学腐蚀速率增大,耐腐蚀性降低。当In添加量为0.15wt.%时,腐蚀速率较低,腐蚀形貌均匀,耐腐蚀性相对改善。当In添加量为0.5wt.%时,腐蚀速率亦较低,发生晶间腐蚀。(3)微量元素Ni/In共掺对Sn-0.7Cu钎料合金中(Cu,Ni)6Sn5相形成具有促进作用。随着Ni/In添加量增大,显微组织变化明显。当Ni/In添加量均为0.15wt.%时,显微组织中金属间化合物颗粒显著粗化,几乎不存在细小金属间化合物颗粒。当Ni/In添加量均大于0.15wt.%时,钎料合金中再次出现细小金属间化合物颗粒,同时存在大颗粒金属间化合物。Ni/In共掺对Sn-0.7Cu钎料合金熔化特性影响较小,使其显微硬度降低,Sn-0.7Cu-0.15Ni-0.15In钎料合金的显微硬度值最低,为8.9HV。当Ni/In添加量均为0.1wt.%时,铺展面增大6%,润湿性提高。Ni/In共掺导致Sn-0.7Cu钎料合金耐腐蚀性降低,主要表现为使其腐蚀界面阻抗谱曲线形状显著变化,阻抗明显减小、点蚀加剧、腐蚀产物层孔洞增多、化学腐蚀速率增大等。当Ni/In添加量均为0.15wt.%时,腐蚀速率较低,晶间腐蚀发生。当Ni/In添加量均为0.2wt.%时,腐蚀速率亦较低,腐蚀形貌较均匀,耐腐蚀性相对改善。
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