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1. 研究目的与意义（文献综述）
随着电子产品向体积微型化和功能集成化方向迅速发展，微电子系统对现有Sn基互连焊点的可靠性提出了更高的要求。从目前无铅钎料的发展趋势看,有两个方向受到研究者关注。一是无铅钎料的多组元合金化,即以现有的Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn或者Sn-Bi等无铅钎料为基础,在其中添加多组元合金元素,以增加组元的方式来改善钎料的性能；另一个方向则是复合无铅钎料的研究和探索,主要是以Sn基或者Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Bi基等无铅钎料为基础,通过添加第二相增强颗粒的方式来制备复合无铅钎料,期望进一步改善、提高现有无铅钎料的性能和其钎焊接头可靠性以及进一步拓宽无铅钎料种类和应用领域。相关学者研究出在 Cu 基板表面制备添加纳米 SiO2粒子的 Ni 基复合镀层可明显改善焊料在 Cu 基板及镀镍 Cu 基板的润湿性能，界面间 IMC 的生长速率常数ε更小，钎焊接头的剪切强度更高。但向焊料中纳米SiO2粒子降低了其在 Ni-SiO2复合镀层上的润湿性，减弱了复合镀层对界面 IMC 生长的抑制作用，同时也降了钎焊接头的剪切强度。
故虽然通过合金强化工艺或者添加微纳米增强相的方式能改进Sn基焊料的强度，但是上述方法制备的焊料存在熔点高、重熔稳定性不好等问题，影响了焊点的服役可靠性。为了在保证焊接材料低熔点的前提下提高接头的力学性能和焊接性能，人们研究了一系列导电材料如 Cu、Ni、Ag、Au、Bi、稀土元素等与低熔点组元 Sn 制成的各种锡基合金焊料。采用合金泡沫金属作为Sn基焊料强化相有望解决上述重熔稳定性差、熔点高等问题，并能利用泡沫骨架及泡沫金属Ni/Sn焊料冶金反应产物对Sn焊料进行协同强化。鉴于Ni基合金与Sn焊料间具有良好的冶金反应活性，并且Ni骨架多孔的结构还能抑制裂纹的扩展，本课题提出选用Ni基合金泡沫来强化Sn基复合焊料。Cu以其优良的导电性和低廉的价格，在电子行业被广泛使用，用途之一就是作为焊盘与钎料连接在一起形成互联焊点。由于焊点的体积较小，焊盘与钎料形成的反应产物对于焊点有巨大影响，因而研究Cu与钎料的冶金反应具有重要意义。因此将采用该复合焊料低温钎焊连接Cu基板。重点研究Ni基合金泡沫成分对钎焊接头显微结构及力学性能的影响，揭示复合焊料低温冶金反应规律及机制，阐明低温焊料冶金强化机制。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
材料制备：本实验采用的材料母材为商用级别的T2紫铜圆柱,纯度为99.99%，另外含有极少量的Zn，Fe和Ag，相关性能如表1，其规格待具体实验时给出。对于钎料，本实验拟制备Cu-Ni合金泡沫/Sn 基复合钎料片，采用电镀技术在泡沫金属Ni表面电镀均匀的Cu层。电镀采用直流电刷镀电源，阴极接泡沫Ni，阳极接纯Cu片，通过弱电电路中的安培小时计计量电刷镀过程中消耗的电量实现对镀层厚度的控制，从而可制备Cu和Ni比例不同复合钎料片。电镀完成后就是对不同Cu、Ni比例的Cu-Ni泡沫合金进行高温烧结处理，烧结的相关工艺待实验时给出。然后将多孔泡沫合金浸泡于5%稀盐酸中酸洗去除表面油污，后经过水洗、烘干、无水乙醇冲洗，烘干。接下来就是浸Sn，负压浸透可以将泡沫合金中的气体排出，将Sn块温度升至260℃熔化，再将泡沫合金浸透其中，使Sn充满孔隙。最后通过压延处理将钎料片压至60μm。这样，不同Cu、Ni比例的Cu-Ni合金泡沫/Sn 基复合钎料片就制备完成。
材料表征：T2紫铜的物理性能如表1
表1 T2紫铜的物理性能
| 材料 | 熔点 （K） | 纯度（wt.%） | 抗拉强度（MPa） | 杨氏模量（GPa） | 热膨胀系数（20-100℃）um/m.k |
| T2紫铜 | 1356.15 | 99.99 | 295 | 120 | 16.7 |
T2紫铜如图1
图1 T2紫铜
钎料片的基本参数如表2
表2 钎料片的基本参数
| 钎料片Cu原子占比（%） | 20 | 35 | 50 | 65 | 80 |
| 钎料片厚度（μm） | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
2.2 研究目标
通过研究不同Ni、Cu比例的Cu-Ni合金泡沫/Sn 基复合钎料片对T2紫铜钎焊接头显微结构及力学性能的影响实现钎焊接头强化，剪切强度能够达到50MPa。
2.3 技术方案
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。
第4－8周：按照设计方案，制备各种类型复合钎料片，观察复合钎料焊接cu接头的界面显微组织。
第9－13周：测试各种类型钎焊接头的显微组织及力学性能并解释微观机理。
4. 参考文献（12篇以上）
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[3] j.w. xian, m.a.a. mohd salleh, s.a. belyakov, t.c. su, g. zeng, k. nogita, h. yasuda, c.m. gourlay, influence of ni on the refinement and twinning of primary cu6sn5 in sn-0.7cu-0.05ni [j]. intermetallics, 2018, 102: 34-45.
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