耐高温铜基焊点的制备及界面组织研究开题报告

 2022-01-09 18:31:36

全文总字数:4558字

1. 研究目的与意义(文献综述)

近些年来,工业上对耐极端高温并能保持稳定运行的电子系统的需求增加,特别是汽车电子产品行业以及航空工业,石油工业等。航空工业上兴起的电动飞机发动机控制系统温度时常达到250°c甚至更高。深层石油天然气钻探工具内部控制传感器件需要承受30000pa300°c的极端环境[1],传统硅基材料及其封装技术一般不能在超过150°c的环境下正常工作,因此,在300°c以及更高温度环境下的装置,需要一种能够替代现有硅基器件功能并能耐更高温度,同时也有一定的机械强度,耐腐蚀性能的连接技术[2]

为了克服此问题,科学家尝试过很多类型的焊点生成方法,瞬时液相烧结连接法有着较高的再熔化温度,良好的导热性能,较好的机械性能,成为了科学家研究的重点[3]。瞬时液相烧结技术能在较低温度烧结并承受很高的热输入,因此在制造一些对温度敏感微结构时常常考虑这种方法,此外瞬时液相烧结的结合层通常具有与母材类似的微观结构,更有研究表明,结合层的机械性能跟母材相同甚至超过母材[4-5]。此前,已有科学家对au/in焊点进行过研究,结果表明在150°c以上时,au与in能够良好的相互扩散并形成金属化合物,成功的在较低温度下制备au/in焊点[6-8]。但是由于金的成本过高,科学家们将目光转向了cu基焊点,目前已有对cu/sn焊点和cu/in焊点等方面的研究。对于cu/sn焊点,利用tlps技术,在300°c下烧结,即可获得有良好机械性能并能在等温下长时间保持组织性能稳定的焊点[9-14]。而对于tlps技术制备的cu/in焊点,目前已发现诸多优越性。比较au/in焊点与cu/in焊点,在高温试验中,au/in焊点由于扩散速度比cu/in焊点更快,所以其in层更厚,导致其抗剪强度不如cu/in焊点。此外,对于cu/in焊点和cu/sn焊点,对它们的hts和ts测试发现。在500小时的高温环境下,cu/sn焊点的抗剪强度会有所下降而cu/in焊点基本未发生变化,这对焊点的长期稳定性十分重要[15]。对cu/in焊点性能的研究目前主要为抗剪强度等部分机械性能,而对其耐腐蚀性等性能研究有所空缺,因此本课题将针对tlps技术,调研铜粉和铟粉在制备耐高温焊点过程中的作用机制,设计一定比例的焊粉比例,并通过对电化学腐蚀机理的研究,预测电化学腐蚀对焊点内界面组织的影响。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备: 一定比例的铜粉和铟粉,利用tlps技术制备焊点。

材料表征: 采用光学显微镜,扫描电镜对焊点进行表征测试。

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3. 研究计划与安排

第1-5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6-10周:了解xrd、sem等测试技术对复合材料的物相、显微结构的测试方法原理。

第11-12周:按照设计方案,分析总结各种焊点的组分性能。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] j.b. lee, h.y. hwang, m.w.rhee. reliability investigation of cu/in tlp bonding. journal of electronicmaterials. 44, 2014: 435-441.

[2] h. esmaeili, s.e. mirsalehi, a. farzadivacuum tlpbonding of inconel 617 superalloy using ni-cr-si-fe-b filler metal:metallurgical structure and mechanical properties

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