Zn、Ni元素的添加對Cu6Sn5金屬間化合物性能的影響.pdf

1、隨著電子封裝的無鉛化和微型化，錫基無鉛焊料與襯底金屬界面反應生成的金屬間化合物(Intermetallic compound-IMC)是軟釬焊實現(xiàn)金屬互聯(lián)的根本前提，它的結構和性能對無鉛焊點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中最容易形成的Cu6Sn5金屬間化合物為研究對象，通過添加一定成分的第三元素，結合微觀組織、納米壓痕實驗，并利用第一性原理計算，系統(tǒng)研究和分析了不同第三組元素的添加對Cu6Sn5金屬間化合物的結構

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

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

4、素添加對高溫相Cu6Sn5金屬間化合物性能的影響。結果表明：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的結構更加穩(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，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，此結果與K.Nogita,D.Mu等人的實驗結果具有很好的一致性。另外，我們利用應力-