电磁粉末压制Ag-Cu-Ge钎料合金制备工艺研究

摘要

银基钎料因具备良好的润湿性、耐高温性、耐腐蚀性及较高的机械强度，在微电子封装、军工制造、机械生产和化工等行业内具有广阔的应用前景。但传统中温银基钎料往往添加镉等有害元素以提升钎料性能，出于日益迫切的环保需要，大力发展无镉银基钎料成为研究热点。目前熔化温度在500~650℃范围内的无镉银基钎料种类较少，已有研究表明Ag-Cu-Ge合金钎料熔点适中（500~600℃）且焊接性能优异，具备在微电子封装应用的潜力。但由于该钎料内锗相和金属间化合物（η-Cu5Ge2）为脆性相导致该钎料难以加工成薄片。 针对Ag-25Cu-24Ge钎料薄片的成形加工难点，本课题拟采用电磁压制结合粉末冶金烧结工艺制备Ag-25Cu-24Ge合金薄片，不仅可以规避传统方法因熔炼导致的钎料合金加工性差的问题，而且可以简化加工步骤并提高成材率。实验首先将金属混合粉末在合理的电压下压制成形然后进行烧结，再针对压坯边缘翘曲现象进行时效后处理，最后将最优工艺下制备的钎料薄片进行焊接试验，综合分析制备工艺对钎料组织及其焊接性能的影响。 电磁压制实验结果表明，提高压制电压可以有效提升压坯致密度，压制电压为2800V时压坯致密度最高，电压升高到3000V时锗粉颗粒内部开始产生裂纹甚至破裂。烧结实验结果显示，低温时烧结体出现了弹性后效现象，在烧结温度400℃、烧结时间30min条件下烧结时致密度达到最大值，若温度继续升高烧结体晶粒则出现了粗化现象。综上所述获得了最优的压制烧结工艺参数（压制电压2800V、烧结温度400℃、烧结时间30min），并对该工艺下制备的压坯采用150℃、10h的时效处理。时效结果表明，翘曲现象得到消除，其致密度提高、微观组织更均匀、孔隙减少、熔化区间减小、电阻率降低、锗相偏析减弱且生成了更多的金属间化合物。最终获得钎料的最优制备工艺：压制电压2800V、烧结温度400℃、烧结时间30min、150℃时效时间10h。 本课题对最优电磁压制工艺下制备的钎料薄片在铜板和镍板上进行焊接试验，结果表明焊接温度为600℃下的焊缝组织均匀，未出现偏析和晶粒粗大现象，并且当母材为镍板时其焊接过渡层相较铜板更厚且呈嵌入式结构，具有更高的结合强度。综合本课题研究结果表明，电磁压制结合粉末冶金液相烧结工艺制备Ag-25Cu-24Ge钎料合金薄片可以获得性能和焊接质量满足要求的制品，解决了其加工成形难题也为发展环保中温银基钎料提供了理论指导。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2钎焊技术

1.3中温银基钎料的研究现状及发展

1.4电磁成形技术简介

1.5本课题研究目的及内容

第2章 金属粉末电磁压制及烧结工艺概述

2.1引言

2.2电磁压制实验设备及工装

2.3金属粉末压制过程分析

2.4压坯液相烧结工艺概述

2.5本章小结

第3章 电磁压制及烧结实验结果分析

3.1引言

3.2钎料压制工艺

3.3钎料烧结工艺参数选择

3.4钎料烧结实验分析

3.5本章小结

第4章 钎料烧结后时效处理研究

4.1引言

4.2时效处理对钎料致密度的影响

4.3时效处理对钎料性能的影响

4.4时效处理钎料电阻率特性分析

4.5本章小结

第5章 钎料的焊接性能分析

5.1引言

5.2钎料焊接实验

5.3钎焊实验结果与分析

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文