基于同步辐射实时成像研究钎焊过程界面金属间化合物生长行为

钎焊过程生成金属间化合物（IMC）的固/液界面反应是电子封装钎料连接的理论基础和核心科学问题。虽然很多研究者对此进行了深入研究和探索，但现有实验技术手段制约了人们对这一重要问题的更深入认识，特别是合金固有的不透明特性以及钎焊反应相对较高的温度制约着对IMC生长过程更直观的观测和研究。随着封装技术的不断发展，迫切需要对现有的钎焊界面金属间化合物（IMC）生长理论进一步完善和提高。本项目基于同步辐射X射线实时成像手段，对钎焊界面IMC生长行为的动态过程进行实时观察，为钎焊界面IMC生长理论提供直接无假设的实验结果，建立更符合实际的钎焊固/液界面IMC层生长动力学模型，揭示钎焊过程中元素扩散行为及影响控制因素，完善钎焊过程界面IMC生长理论，为提高钎焊封装的可靠性及开发新型无铅钎料提供理论和技术支持。

利用上海光源第三代同步辐射实时成像装置并结合实验室微观形貌观察等手段深入研究了：Sn/Cu钎焊过程固\液界面反应过程中金属间化合物（IMC）的生长行为；冷却过程中钎焊界面IMC生长行为；存在电迁移和热迁移条件下的钎焊界面IMC生长行为；激光钎焊工艺；快速凝固钎料钎焊特性等。首次直接观测到了Cu6Sn5 IMC间存在吞并长大行为，吞并长大过程受最近邻IMC晶粒曲率半径的影响；首次发现含Ag钎料Ag3Sn按直线形、Y形、X形生长，凝固初期，Ag3Sn生长存在竞争关系，初期形核的Ag3Sn只有部分在竞争中处于优势能最终长大并保留下来。深入研究了钎焊过程中元素扩散行为与界面IMC生长的关系，利用Gibbs-Thomoson效应解释了IMC长大吞并行为。