藍(lán)寶石低溫超聲釬焊工藝及界面形成機(jī)理.pdf

1、藍(lán)寶石作為一種光學(xué)材料，具有耐磨損、耐腐蝕、耐輻射等優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)器件及半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。針對(duì)目前藍(lán)寶石連接存在難反應(yīng)、難潤(rùn)濕、殘余應(yīng)力大等問題，本文提出了一種用含有Al的Sn基釬料超聲波輔助釬焊藍(lán)寶石的方法，研究了超聲波作用下藍(lán)寶石/釬料界面結(jié)合機(jī)理，分析了接頭組織形貌及斷口特征，探索了合適的藍(lán)寶石低溫釬焊工藝。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在230℃超聲波作用下SnZnAl能和藍(lán)寶石形成可靠結(jié)合。SEM分析發(fā)現(xiàn)，SnZnAl/藍(lán)寶

2、石界面處有一層化合物形成。TEM分析表明這層化合物是α-Al2O3納米晶(nano-crystallineα-Al2O3layer-NCAL)，在超聲作用1000s時(shí)這層化合物厚度約為100nm。分析認(rèn)為，該NCAL層是由超聲作用下釬料中的Al發(fā)生氧化反應(yīng)生成。
　　270℃下用SnAgCuAl超聲釬焊藍(lán)寶石時(shí)，在藍(lán)寶石/釬料界面處也觀察到有一層Al2O3生成，Al2O3是連接藍(lán)寶石和釬料的過渡層。隨著超聲處理時(shí)間的延長(zhǎng)，界面反應(yīng)

3、產(chǎn)物的數(shù)量增加。超聲波促進(jìn)界面反應(yīng)的同時(shí)也促進(jìn)釬料中的Al向界面處擴(kuò)散，焊縫內(nèi)部微區(qū)成分分析表明靠近界面處釬料中Al的含量高于遠(yuǎn)離界面釬料中Al的含量。對(duì)剪切斷口進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，生成的Al2O3與藍(lán)寶石的結(jié)合強(qiáng)于Al2O3與釬料的結(jié)合，斷裂發(fā)生在Al2O3與釬料的結(jié)合處。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，隨著超聲作用時(shí)間的增長(zhǎng)接頭剪切強(qiáng)度提高，最高強(qiáng)度為57MPa。
　　180℃下用SnBiAl實(shí)現(xiàn)了藍(lán)寶石在更低溫度下的連接，剪切強(qiáng)度最高可達(dá)2