摘要
近年来如何快速地获得可以做到低温连接高温服役的全IMC(金属间化合物)焊点是封装材料研究的热点之一。在Cu/Sn/Cu三明治结构中添加泡沫铜可以增加焊点中Cu与Sn的有效反应面积，加快IMC生长速度。因此本文用泡沫铜和Sn制备复合焊片，以复合焊片作为焊接的中间层，铜板作为上下基板，采用热压焊、回流焊、高频感应焊这三种焊接方法制备Cu3Sn-Cu复合微焊点。目前对于使用泡沫铜进行不同焊接方法进行钎焊连接的研究较少，尝试使用不同焊接方法来制备Cu3Sn-Cu复合微焊点具有重要的工程意义。 本文实验分析了三种焊接方法下复合微焊点的IMC生长行为，对获得的Cu3Sn-Cu复合微焊点进行了剪切试验和纳米压痕实验，并在此基础上得到了针对快速获得Cu3Sn-Cu复合微焊点的工艺以及获得比全Cu3Sn接头力学性能更加优良的复合微焊点的工艺。 观察并分析了不同焊接方法下微焊点中的IMC演变过程及形貌变化。焊接开始后在Cu/Sn界面处生成Cu6Sn5，Cu6Sn5以扇贝状生长，随着焊接时间延长，在Cu/Cu6Sn5界面处出生成Cu3Sn，在热压焊和回流焊接过程中，Cu3Sn以平面层状生长，在高频感应焊接过程中，Cu3Sn以柱状生长，这是因为高频感应焊的电磁搅拌作用促进了Cu元素的扩散，随着焊接时间继续延长，Cu6Sn5最终全部转变为Cu3Sn。 观察了三种焊接方法下IMC-Cu复合微焊点中Cu3Sn厚度随焊接时间的变化情况，并比较了三种焊接方法获得Cu3Sn-Cu复合微焊点所需的高温停留时间，高频感应焊获得Cu3Sn-Cu复合微焊点需要600s，热压焊需要1200s，回流焊需要1800s。 分析了高频感应焊接过程中电流大小和焊接温度对复合微焊点中Cu3Sn生长速度的影响，Cu3Sn生长速度随着电流的减小而降低，随着焊接温度的降低而降低。电流会影响电磁搅拌作用，电流减小，电磁搅拌作用减弱，Cu元素扩散速度减慢。焊接温度影响微焊点中Cu原子热运动剧烈程度，温度降低，Cu元素扩散速度减慢，Cu3Sn生长速度减慢。 通过对三种焊接方法获得的Cu3Sn-Cu复合微焊点进行剪切和纳米压痕的对比实验，发现热压焊获得的微焊点剪切强度最高，晶粒最细小且最致密，因此硬度也最高，回流焊获得的微焊点剪切强度低于热压焊，高频感应焊获得的微焊点剪切强度最低，且微焊点中晶粒大小不均一，且分布较为疏松，硬度也最低。
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