Zn、Ni元素的添加對(duì)Cu6Sn5金屬間化合物性能的影響.pdf

1、隨著電子封裝的無(wú)鉛化和微型化，錫基無(wú)鉛焊料與襯底金屬界面反應(yīng)生成的金屬間化合物(Intermetallic compound-IMC)是軟釬焊實(shí)現(xiàn)金屬互聯(lián)的根本前提，它的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)無(wú)鉛焊點(diǎn)的完整性及可靠性有著舉足輕重的影響。本文工作以界面反應(yīng)中最容易形成的Cu6Sn5金屬間化合物為研究對(duì)象，通過(guò)添加一定成分的第三元素，結(jié)合微觀組織、納米壓痕實(shí)驗(yàn)，并利用第一性原理計(jì)算，系統(tǒng)研究和分析了不同第三組元素的添加對(duì)Cu6Sn5金屬間化合物的結(jié)構(gòu)

2、、力學(xué)、熱力學(xué)等性能方面的影響。上述研究包含的主要內(nèi)容和得到的結(jié)論是：
　　(1)以Zn為第三元素的添加對(duì)Cu6Sn5金屬間化合物性能影響的研究。結(jié)果表明：在Cu-Sn-(Zn)合金元素高溫熔煉反應(yīng)中，分別有Cu6Sn5與Cu6(Zn,Sn)5兩種金屬間化合物生成，并測(cè)得微量Zn元素大部分溶解到Cu6Sn5晶格結(jié)構(gòu)中形成更穩(wěn)定的三元相化合物Cu6Zn0.5Sn4.5。由XRD分析結(jié)果得出Zn元素的添加能夠抑制高溫相結(jié)構(gòu)η向低溫相結(jié)

3、構(gòu)η′的轉(zhuǎn)變，使形成的Cu6Zn0.5Sn4.5化合物保持在高溫相結(jié)構(gòu)。同時(shí)，納米壓痕實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明Zn元素的添加能夠增大高溫相Cu6Sn5的楊氏模量及硬度,與第一性原理計(jì)算結(jié)果具有很好的一致性。另外，通過(guò)計(jì)算分析其相應(yīng)結(jié)構(gòu)的電荷密度及差分電荷密度分布，結(jié)果顯示Zn元素進(jìn)入Cu6Sn5晶格結(jié)構(gòu)后與周圍Cu和Sn原子發(fā)生軌道雜化形成強(qiáng)的鍵合作用，從而使得Cu6Zn0.5Sn4.5結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
　　(2)系統(tǒng)研究了不同濃度的Ni元

4、素添加對(duì)高溫相Cu6Sn5金屬間化合物性能的影響。結(jié)果表明：在η-Cu6-xNixSn5(x=0,0.5,1,1.5,2)五種金屬間化合物中，隨著Ni濃度的增加，高溫相Cu6Sn5的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且Ni原子更容易占據(jù)Cu2+Cu1c位置形成高溫η-Cu4Ni2Sn5金屬間化合物。同時(shí)，金屬間化合物Cu6Sn5的體積和晶格常數(shù)隨著Ni濃度的增加而減小，此結(jié)果與K.Nogita,D.Mu等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。另外，我們利用應(yīng)力-