基于磁控濺射Cu膜的鋁合金-不銹鋼低溫釬焊研究.pdf

1、本文采用磁控濺射技術(shù)在不同的基底上沉積銅膜,通過(guò)正交試驗(yàn)的方法研究不同的工藝參數(shù)對(duì)Cu膜組織結(jié)構(gòu)的影響。采用Sn基釬料連接鍍銅鋁合金、鍍銅不銹鋼與紫銅,研究不同的沉積工藝對(duì)接頭剪切強(qiáng)度的影響。
　　濺射電流對(duì)銅膜的微觀結(jié)構(gòu)及形貌有較大的影響。隨著濺射電流的增大,Cu膜晶粒尺寸、表面粗糙度以及沉積速率逐漸增大;基體偏壓對(duì)Cu膜截面形貌有較大影響,薄膜沉積速率隨著基體偏壓的增大而減小,偏壓為50V時(shí),Cu膜呈現(xiàn)柱狀晶生長(zhǎng)方式,而偏壓增

2、大到100V以上時(shí),柱狀晶生長(zhǎng)受到抑制;工作氣壓的大小對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)影響較小。
　　沉積Cu膜時(shí),Ar氣流量及濺射電流對(duì)釬焊接頭剪切強(qiáng)度有較大影響,Ar氣流量較低時(shí),釬焊接頭強(qiáng)度較低,拉剪試驗(yàn)時(shí),Cu膜直接從基體上剝離;Ar氣流量較高時(shí),濺射電流對(duì)接頭剪切強(qiáng)度影響最為顯著,隨著濺射電流的增大,接頭的抗剪強(qiáng)度逐漸增大。研究發(fā)現(xiàn),接頭強(qiáng)度隨著濺射電流的增加而增大的本質(zhì)原因在于Cu膜厚度的增大。
　　當(dāng)濺射電流達(dá)到1.1A后,繼

3、續(xù)增大濺射電流到1.3A,接頭的剪切強(qiáng)度不再升高,此時(shí)接頭的強(qiáng)度大小取決于釬料的強(qiáng)度以及釬焊工藝。鍍銅鋁合金/銅、鍍銅不銹鋼/銅以及鍍銅鋁合金/鍍銅不銹鋼接頭強(qiáng)度最高分別可達(dá)41.47MPa、43.32MPa和38.74MPa。接頭共有3種斷裂模式:完全斷于釬料層,部分?jǐn)嘤阝F料層以及完全斷于膜基界面處。
　　濺射電流為1.3A時(shí),Cu膜與鋁合金基體在膜基界面處發(fā)生了冶金反應(yīng),EDS及XRD分析顯示,界面處產(chǎn)生了CuAl2。