保温时间对TM52/Q235瞬时液相扩散焊接接头组织和性能的影响

以BNi2箔为中间层对TM52/Q235异种材料进行瞬时液相扩散焊接(TLP),研究了保温时间对接头界面组织、力学性能和电化学性能的影响。结果表明:TM52/Q235能实现良好的冶金结合,当保温时间为20 min时,接头的剪切强度最大,达到491.3 MPa,且剪切断口呈现明显的韧性断裂特征。接头的耐腐蚀性随着保温时间的升高呈现持续下降的趋势,当保温时间为15 min时,焊缝处形成的钝化膜最为致密,腐蚀速率最小,极化电阻R_(P)最高,为1880.1Ω。

基于COMSOL的Cu@Sn@Ag焊片真空瞬态液相扩散焊仿真研究

在电力电子封装时,瞬态液相扩散焊过程中焊料层的应力分布是影响器件服役性能和使用寿命的重要因素。文中基于SiC芯片瞬态液相扩散焊的工况,利用有限元仿真软件COMSOL建立了Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SIC芯片与DBC板的三维有限元模型,针对瞬态液相扩散焊,结合弹塑性变形等相关理论,系统研究了瞬态液相扩散焊的焊接工艺温度、焊接时间及焊接保压压力对Cu@Sn@Ag焊层应力分布及大小的影响。研究结果表明:焊接温度在240~260℃时,随着焊接温度的升高,焊后焊层峰值应力逐渐减小;当焊接温度处于260~280℃时,又略有升高,在260℃时应力最小;焊接保温时间在30~90 min时,随着焊接保温时间的延长,焊层的应力保持不变,90 min以上时焊层处的应力开始升高;当焊接保压压力为1~5 MPa时,随着保压压力的增大,焊层处的应力也初步增大。综合考虑器件服役性能的需求,Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SiC芯片和DBC板,焊接温度以260℃为宜,焊接保温时间以30 min为宜,焊接保压压力以1 MPa为宜。

应用于功率芯片封装的瞬态液相扩散连接材料与接头可靠性研究进展

功率半导体由于其工作电压高、电流大、放热量大等特点,已逐渐向小型化、高致密化发展。新一代宽禁带半导体器件因其优异的性能可以提高工作温度和功率密度,展现出较好的应用前景,这对与之匹配的电力封装材料提出了更高的要求。随着工作温度的不断升高,高温环境下失稳和运行环境不稳定等安全问题亟需解决,对功率半导体芯片封装接头的高温可靠性提出了更高的要求。且由于污染严重的高铅焊料不满足环保要求,高温无铅焊料的研制与对相应连接技术的研究成为当前的研究重点。瞬态液相扩散连接(Transient liquid phase bonding,TLP bonding)技术通过在低温下焊接形成耐高温金属间化合物接头,以满足“低温连接,高温服役”的要求,在新一代功率半导体的耐高温封装方面有良好的应用前景。针对TLP技术的耐高温封装材料有Sn基、In基和Bi基等。目前TLP连接材料主要有片层状、焊膏与焊片三种形态。其中片层状TLP焊料应用最早,且国内外对于其连接机理、接头性能和可靠性已有较为成熟的研究。近些年开发的基于复合粉末的焊膏与焊片形态TLP焊料具有相对较高的反应效率,但仍需大量理论与实验研究来验证其工业应用前景。本文综述了TLP连接用Sn基与In基焊料的特点,重点阐述了不同形态焊料在TLP连接机理、接头微观组织、力学性能与结构可靠性等方面的国内外研究现状及进展,并且认为接头中缺陷问题的研究以及不同服役条件下物相转化机制和接头失效机理的研究对高可靠性接头的制备具有重要意义。

不同工艺参数下SIMP钢三温工艺瞬时液相扩散焊接头的组织与性能

采用BNi2和Fe78Si9B13非晶合金箔作为中间层,对SIMP钢管进行三温工艺瞬时液相(TLP)扩散焊接,研究了不同等温凝固工艺参数(温度1 230,1 240℃;时间180,240s;压力8,9MPa)下接头的显微组织和力学性能。结果表明:等温凝固温度的升高或时间的延长均可以促进降熔元素的扩散,减少焊缝组织中脆硬相的生成,从而提高接头的抗拉强度、降低焊缝的显微硬度;较佳的等温凝固工艺参数为温度1 240℃、时间240s、压力9MPa,采用该参数焊接后接头组织为均匀马氏体,焊缝组织与两侧母材组织的差异很小,抗拉强度最高,为794MPa,拉伸断裂方式为韧性断裂。

瞬时液相扩散焊焊接温度场有限元模拟

在瞬时液相扩散焊[1]焊接过程中,加热温度对焊接效果有决定性的影响。通过对增强热塑料管接头进行合理假设,在ANSYS系统中建立了三维有限元分析模型,利用ANSYS提供的热电耦合分析和瞬态温度场分析程序,对管接头焊接加热时间和瞬态温度场进行了有限元模拟,其分析结果可以为热应力分析、焊接强度分析、优化设计和实验提供一定的理论依据。

镁-铝超声辅助瞬态液相扩散连接机理研究

镁–铝复合散热结构件在航空工业领域具有较好的应用前景。针对镁–铝异种材料连接中极易产生脆性Al_(12)Mg_(17)、Al_(3)Mg_(2)金属间化合物的关键问题,本试验采用超声辅助瞬态液相连接工艺(Ultrasonic-assisted transient liquid phase bonding,U-TLP Bonding),以纯Zn作为中间层,在350℃下实现了Mg/Zn/Al接头的可靠连接;研究了超声作用时间对接头微观组织演变和力学性能的影响,在最优工艺参数下,接头中主要为Mg+MgZn共析组织,接头平均抗剪强度达到50.2 MPa。

日本液相扩散焊(TLP)钢管对焊技术研究近况

液相扩散焊 ( TLP)焊管方法以其特有的高自动化程度、高生产率、高性能、低变形、无焊接烟尘与飞溅等优点已引起了日本学术界与产业界的极大研发兴趣。重点介绍了日本新日铁公司的研究人员采用 α中子射线照射法对碳素钢液相扩散焊中降熔元素 B的扩散行为及存在形态的研究成果。研究结果指出 ,中间层内的降熔元素 B扩散入碳钢母材后 ,在冷却过程中 B在晶界聚集 ,以 Fe2 3( C,B) 6 化合物方式析出 ;在晶界周边则形成贫 B层 ,其结果是晶界近旁的淬硬性大幅度降低 ;接合部组织由晶界铁素体及晶内上贝氏体组成。在保温 60 0 s时 ,扩散距离达 2 mm,并求得 B在 1 4 73 K温度下的扩散系数为 1 .1× 1 0 - 9m2

K640合金过渡液相扩散焊接工艺对接头的影响

针对钴基高温合金K640,采用合适的中间层进行过渡液相(TLP)扩散焊连接试验,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析手段观察连接工艺对接头的影响,优化出合适的连接工艺,获得接头组织理想的焊接技术。

TLP焊接工艺对接头界面元素扩散及力学性能的影响

采用铁镍非晶箔合金作中间层,母材为16Mn与304不锈钢,研究了焊接温度、保温时间和压力对瞬时液相扩散焊（TLP）焊接接头拉伸强度、中间层元素扩散的影响。通过电子探针分析了不同工艺参数下界面处元素的扩散深度,采用金相显微镜观察了各工艺参数下接头的金相组织。拉伸试验显示,其它参数不变,焊接温度为1200-1250℃时,拉伸断裂位置均发生在母材上,其中最大接头拉伸强度达到571 MPa;压力增加至6 MPa时,焊缝宽度降低到15μm左右,拉伸强度降至276 MPa;随着保温时间的增加,焊缝处出现少量脆性化合物。通过分析EPMA曲线,发现Ni、Mn、Si元素的扩散效果明显。

Mg/Al异种材料瞬间液相过冷连接工艺研究

采用瞬间液相过冷连接工艺对AZ31镁合金和5083铝合金进行连接实验,研究保温扩散时间t2对焊缝微观组织及力学性能的影响。利用SEM,EDS,XRD和微观硬度计对接头剖面的微观组织和力学性能进行表征;在拉伸试验机上测试接头拉伸强度,利用SEM对断口形貌进行分析。研究结果表明:采用瞬间液相过冷连接工艺可以实现Mg/Al异种材料的有效连接;随着保温扩散时间t2的增加,接头的抗拉强度随之提高,当t2=30 min时,接头抗拉强度最高达到20.5 MPa;拉伸断口形貌具有明显的脆性断裂的特征,铝合金侧主要有解理面和撕裂棱组成,而镁合金侧属于典型的沿晶断裂形貌;在接头处形成MgAl,Mg2Al3,Mg0.44Al0.56和Mg17Al12金属间化合物,结合界面的微观维氏硬度最高达320。

镍基单晶高温合金TLP连接

采用自制的镍基合金柔性布作为中间层合金对ＤＤ９８单晶高温合金进行瞬态液相（ＴＬＰ）连接，ＴＬＰ连接在１４７３—１５２３Ｋ，０．５－２４ｈ真空条件下进行．利用光学显微镜、扫描电镜时接头的微观结构和化学成分进行观察和分析，利用电子背散衍射测定了连接层和基体之间的结晶学取向．结果表明接头区域由连接区、中间金属／基体金属界面扩散区、基体金属区组成，均匀化处理后的接头与基体上的γ＇沉淀相的尺寸趋于一致，连接层与基体之间的取向匹配良好．

Cu/In-Sn-20Cu/Cu复合颗粒TLP焊点的组织形貌及剪切性能研究

在缩短键合时间的前提下,为降低孔洞生成率,提高焊点力学强度,基于铟-锡-铜复合粉末的瞬态液相连接(TLP),制备了Cu/In-Sn-20Cu/Cu焊点,并研究了键合时间对该焊点显微组织形貌和力学性能的影响。结果表明:焊点组织由界面扩散反应区和钎料原位反应区两部分组成。界面扩散反应区生成的主相为Cu3(In,Sn),并且随着键合时间增加,界面扩散技应区逐渐增厚;随着键合时间的增加,原位反应区先生成Cu6(In,Sn)5,再与Cu原子进一步反应转化成Cu3(In,Sn)。焊点剪切性能随着键合时间的增加呈现先增加后下降的趋势。当键合时间为15 min时,由于致密IMCs与Cu原子的熔合组织,抗剪切强度最高,达到26.54 MPa。当键合时间延长至30 min时,焊点朝着全IMC的方向发展,致使焊点脆性增加,强度降低。

用于功率器件封装的新型Cu@Sn@Ag焊片性能

提出了一种用于焊接半导体芯片的新型焊接材料Cu@Sn@Ag焊片。对比分析了Cu@Sn@Ag焊片和商用PbSn5Ag2.5焊片焊层的孔隙率和力学性能,采用这两种焊片封装了110 A商用Si器件并对其进行了电学、热学性能和功率循环可靠性对比。结果表明:优化后的Cu@Sn@Ag焊片孔隙率小于4%,焊层剪切强度平均值约为35 MPa;相应器件的最小热阻为0.18 K/W,且经过150000次的有源功率循环(温差为60℃)后正向压降增长率基本小于2%,Cu@Sn@Ag焊片的性能和器件功率循环可靠性高于商用PbSn5Ag2.5焊片。基于瞬态液相扩散焊接(TLPS)的Cu@Sn@Ag焊片可以实现高铅焊片的无铅化替代,是一种具有良好应用前景的耐高温芯片焊接材料。