高温无铅焊点的电化学腐蚀性能研究开题报告

 2022-01-09 18:33:23

全文总字数：4335字

1. 研究目的与意义（文献综述）

  1. 目的及意义

    功率电子器件内，通过芯片互连层将芯片与陶瓷基板连接在一起，以保证电子器件的机械一体化和电气连接，确保电子器件使用过程中的可靠性与稳定性[1]。随着电子封装技术的发展，电子器件的体积越来越小，集成电路的密度越来越高，因此，对电子器件的可靠性进一步提出了要求。在使用过程中，电子器件不可避免地在腐蚀介质环境中运用，例如最常见的潮湿环境[2]，为了确保电子器件的正常使用，避免因焊点腐蚀而造成的失效，研究焊点在腐蚀介质中的电化学腐蚀现象对电子封装技术的发展具有重要意义。

    长期以来，sn-pb 系钎料以其熔点低、润湿性好、成本低、可焊性好、耐腐蚀性好等优点在电子工业中得到了广泛的应用[3]，然而，由于铅对环境的污染和对人体肝脏以及中枢系统造成的伤害，sn-pb 系钎料在工业生产中逐渐被淘汰[4]，取而代之的是具有低熔点、良好力学性和润湿性的sn-ag-cu系（sac）无铅焊料[5、6]，但是sn-ag-cu系无铅焊料在钎焊接头界面处形成的大量脆性金属间化合物cu6sn5易在焊点处形成应力集中，从而引发裂纹[7]，导致焊点在工作中极易失效。而镀层是阻止sac焊料中的sn与cu反应生成过厚的金属间化合物[8]的有效手段。在铜基板上镀覆一层扩散阻层，可以有效减缓cu与sn的反应，减小金属间化合物的厚度，因此合适的镀层将显著提升元器件的可靠性和使用寿命。

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    2. 研究的基本内容与方案

    2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

    2.1基本内容

    2.1.1文献搜集与整理

    查阅文献和书籍，学习总结其他研究人员的研究思路与分析方法，了解三元镀层的研究概况和发展趋势，了解三种不同的三元镀层的制备方法，做好文献综述。

    2.1.2三元镀层的制备

    通过化学镀的方法制备三元镀层。基本实验步骤包括预处理，镀液配置和施镀。制备完成后通过SEM观察其表面微观形貌特征,通过EDS分析镀层成分，通过XRD分析镀层的结构。

    2.1.3调研电化学腐蚀性能

    搜集阅读文献资料，总结不同元素对电化学腐蚀性能的影响，通过文献中动电位极化实验的腐蚀电位、腐蚀电流，探索第三元素的影响，结合理论知识和材料表征，分析腐蚀机理。

    2.2研究目标

    1. 通过化学镀制备三元镀层并观察其微观形貌特征 。

    2. 查阅文献，总结他人实验方案和结果，分析第三元素对耐蚀性的影响规律，并归纳其影响机理。

      2.3技术方案

      图2-1 技术方案流程图

      技术方案如图2-1所示。首先，通过化学镀制备三元镀层。试件经打磨、清洗后，利用化学镀工艺在其表面均匀地镀上一层三元镀层，并观察镀层微观形貌，判断其表面质量，分析镀层的成分及结构。镀液成分和反应条件如下表所示(浓度单位为g/L)：

      表2-1 镀液成分及反应条件

    成分及反应条件

    Ni-W-P

    Ni-Fe-P

    Ni-Mo-P

    NiSO4·6H2O

    15

    30

    25

    NaHPO2·H2O

    25

    30

    20

    C3H6O3

    5

    -

    -

    NH4Cl

    30

    -

    -

    Na2WO4

    10

    -

    -

    柠檬酸钠

    60

    45

    50

    硫脲衍生物

    -

    4

    -

    二甲苯

    -

    适量

    -

    十二烷基硫酸钠

    -

    -

    0.05

    Na2MoO4

    -

    -

    5

    CH3COONa

    -

    -

    20

    (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O

    -

    15

    -

    pH值

    8.2

    8-9

    8.0-9.5

    温度（℃）

    88±2

    75±2

    70-90

    然后，通过阅读文献、书籍等资料，调研三种三元镀层的电化学腐蚀性能，比较三者的极化曲线，得出它们电化学腐蚀性能的差异，总结第三元素对耐蚀性的影响。最后，结合电化学理论与材料表征，探究第三元素的加入对表面胞状物形态、镀层相组成以及沉积速率的影响机理，从理论角度分析三元镀层的电化学腐蚀机理。

    3. 研究计划与安排

    3.进度安排

    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4-7周：按照技术方案，制备三元镀层并对其进行表征分析；

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    4. 参考文献（12篇以上）

    4.阅读的参考文献

    [1]n.k. liyana, m.a. fazai, a.s.m.a. haseeb,saeed rubaiee, effect of zn incorporation on the electrochemical corrosionproperties of sac105 solder alloys. journal of materials science: materials inelectronics. 30, 2019: 7415-7422.

    [2]奈斯特·派雷滋.电化学与腐蚀科学[m].北京:化学工业出版社,2013.

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