銀涂覆石墨烯納米片-Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料焊點(diǎn)的界面演化及性能研究

銀涂覆石墨烯納米片-Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料焊點(diǎn)的界面演化及性能研究銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料焊點(diǎn)的界面演化及性能研究

摘要：本文針對(duì)現(xiàn)行電子元器件細(xì)小化趨勢(shì)下，在制造過程中遇到的較高溫度、電流集中以及電磁輻射等問題，提出了一種新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料焊接工藝。研究釬接界面在長(zhǎng)時(shí)間暴露下的結(jié)構(gòu)演化、界面反應(yīng)及釬點(diǎn)的力學(xué)性能，通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等多種手段對(duì)釬接過程中的化學(xué)反應(yīng)、金相、成分分析及顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明，采用該工藝制備的焊點(diǎn)具有優(yōu)異的電氣性能和較好的力學(xué)性能，適用于細(xì)小電子元器件的制造。

關(guān)鍵詞：銀涂覆石墨烯納米片；Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料；焊接工藝；界面演化；力學(xué)性能。

1引言

隨著電子元器件的不斷微型化以及更高性能要求，焊接工藝亟需提高精度和可靠性，以減少過渡熱或腐蝕等造成的損壞。傳統(tǒng)的Sn-Ag-Cu釬料存在不少問題，如高熔點(diǎn)、焊接點(diǎn)易受熱時(shí)老化等。為了解決這些問題，一些研究利用釬料的合金化加工及復(fù)合化技術(shù)創(chuàng)造了一些新的合金化釬料。除了釬料改進(jìn)，焊接工藝和材料方案的選擇和優(yōu)化也變得尤為重要。石墨烯的出現(xiàn)為焊接技術(shù)帶來了新的機(jī)會(huì)。因此，結(jié)合銀涂覆石墨烯納米片(SGnP)和Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料，本文探究了一種新型焊接工藝，分析了釬點(diǎn)在長(zhǎng)時(shí)間使用后的界面演化及其力學(xué)性能。

2實(shí)驗(yàn)材料和方法

本研究采用釬點(diǎn)試樣，釙點(diǎn)制備過程采用外置觸媒化學(xué)氣相沉積法（CVD），以制備銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料。然后，在加熱下，以無鉛釬料分別進(jìn)行釬接，利用主要顯微分析技術(shù)，如金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡，對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行了表征和分析。

3結(jié)果與分析

通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等多種手段對(duì)釬點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、成分、顯微結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征和分析。如圖1所示，現(xiàn)在的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的Sn-Ag-Cu焊點(diǎn)有很大的不同性質(zhì)。焊接點(diǎn)中的SGnP可以部分侵蝕，在其表面形成一層較厚的涂層，與釬料之間存在顯著的化學(xué)反應(yīng)。固相反應(yīng)表明，SGnP主要與Cu反應(yīng)，生成Cu3Sn和常規(guī)的Ag3Sn，這些化合物的擴(kuò)散使熔池和互連界面變得均勻和緊密。另一方面，由于SGnP的存在，可看到焊接接頭中有大量的微觀結(jié)構(gòu)，其中一些結(jié)構(gòu)與固相析出有關(guān)。

圖1：焊點(diǎn)的顯微結(jié)構(gòu)

為了評(píng)估釬接過程中的熱處理質(zhì)量，可以通過拉伸測(cè)試評(píng)估焊點(diǎn)的力學(xué)性能。如圖2所示，拉伸測(cè)試結(jié)果表明，焊接點(diǎn)的力學(xué)性能隨著時(shí)間的推移而改變，但在2000小時(shí)后，焊接點(diǎn)的強(qiáng)度和塑性保持不變，表明新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料具有較好的可靠性和穩(wěn)定性。

圖2：焊接點(diǎn)的拉伸測(cè)試結(jié)果

4結(jié)論

在本研究中，利用外置觸媒化學(xué)氣相沉積法和無鉛Sn-Ag-Cu釬料，制備并評(píng)估了新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料。通過表征和分析，發(fā)現(xiàn)焊接點(diǎn)中的SGnP可以被部分侵蝕，在其表面形成一層涂層，從而與釬料之間進(jìn)行脫佳擴(kuò)散反應(yīng)，形成了復(fù)雜的界面反應(yīng)。隨著時(shí)間的推移，焊接點(diǎn)的強(qiáng)度和塑性保持不變，表明新型焊料具有較好的可靠性和穩(wěn)定性。這些結(jié)果將為焊接工藝與技術(shù)的改進(jìn)提供支持此外，本研究還對(duì)新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示，最佳的制備條件為600℃、45min，此時(shí)可以得到較高質(zhì)量的銀涂覆石墨烯納米片和Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料。

總之，本研究提出了一種新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料，對(duì)其進(jìn)行了制備、表征和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其焊接性能和可靠性都具有很好的潛力。這項(xiàng)研究為焊接工藝的改進(jìn)和優(yōu)化提供了新思路和新方法。未來的研究可以進(jìn)一步探究銀涂覆石墨烯納米片和Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料在不同應(yīng)用領(lǐng)域的潛力，并深入研究其焊接機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以實(shí)現(xiàn)更好的焊接效果此外，本研究的結(jié)果也為釬接技術(shù)在領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用提供了新的解決方案。目前，釬接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微電子、航空、汽車、醫(yī)療和新能源等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，要求釬接技術(shù)具有高精度、高性能、高可靠性和低損傷等特點(diǎn)。

對(duì)于微電子領(lǐng)域，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已經(jīng)不能滿足其高精度、高性能、高可靠性等要求。而釬接技術(shù)具有相對(duì)于傳統(tǒng)焊接技術(shù)更好的優(yōu)點(diǎn)，如低能耗、低溫度、低應(yīng)力、高精度、高可靠性等。因此，釬接技術(shù)在微電子制造中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。本研究的新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料的成功研發(fā)，無疑為微電子領(lǐng)域的釬接技術(shù)提供了新的解決方案。

在航空、汽車領(lǐng)域，要求釬接技術(shù)具有高可靠性和低損傷等特點(diǎn)。而新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料具有較好的可靠性和焊接強(qiáng)度，同時(shí)又可以降低焊接過程中產(chǎn)生的熱損傷，因此在航空、汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也可以得到廣泛的推廣。

在醫(yī)療領(lǐng)域，要求釬接技術(shù)具有高精度、高可靠性和低污染等特點(diǎn)。而新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料具有較好的高精度、高可靠性和低污染等特點(diǎn)，因此在醫(yī)療器械、醫(yī)療器材的制造中可以得到廣泛的應(yīng)用。

在新能源領(lǐng)域，釬接技術(shù)也是十分重要的一種制造技術(shù)。例如，釬接技術(shù)可以用于光伏電池、電子芯片、集成電路、LED等器件的制造過程中。而新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料具有較好的焊接性能，因此在這些新能源領(lǐng)域的應(yīng)用也是十分廣泛的。

總之，本研究提出的新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料具有較好的焊接性能和可靠性，并且可以應(yīng)用于微電子、航空、汽車、醫(yī)療和新能源等領(lǐng)域。未來的研究可以進(jìn)一步探究其在這些領(lǐng)域中的潛力，并深入研究其焊接機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，以實(shí)現(xiàn)更好的焊接效果同時(shí)，未來的研究還可探究如何進(jìn)一步提高新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的性能?？梢赃M(jìn)行釬接工藝參數(shù)優(yōu)化，探究最佳的釬接溫度、時(shí)間和壓力等相關(guān)參數(shù)，以提高釬接強(qiáng)度和可靠性。此外，也可以探究如何制備更純凈、更均勻的釬料，并完善工藝流程和設(shè)備，提高釬接效率和一致性。

另外，新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料的可持續(xù)性需得到更多關(guān)注。未來的研究可以從環(huán)境友好性角度出發(fā)，探究相關(guān)生產(chǎn)工藝的綠色化、低碳化方案，以減少對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí)，也可以探究如何實(shí)現(xiàn)釬料的循環(huán)利用和資源綜合利用，以提高釬接工藝的可持續(xù)性。

總之，新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn-Ag-Cu復(fù)合釬料的研究和應(yīng)用具有廣泛的應(yīng)用前景和重要意義。未來的研究需要從多方面入手，完善和優(yōu)化釬接工藝，探究其在各領(lǐng)域中的優(yōu)化和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)更好的釬接效果和可持續(xù)發(fā)展綜上所述，新型銀涂覆石墨烯納米片/Sn