电沉积法制备锂离子电池锡铜合金负极及表面修饰

采用脉冲电沉积与热处理相结合的工艺制备铜锡合金,并作为锂离子电池的负极考察其电化学性能.在集流体铜箔上直接沉积锡,然后进行热处理形成铜锡合金层.锡电极在200℃和300℃热处理过程中分别形成了Sn/Cu6Sn5/Cu3Sn和Sn/Cu3Sn复相结构,合金相的产生提高了电极的循环性能,但降低了电极的比容量.通过在锡电极表面覆铜,改变了锡电极热处理后的表面成分,由Sn/Cu6Sn5混合相转变为Cu/Cu6Sn5混合相,有效提高了锡电极长期循环的结构稳定性,使电极同时具备了较高的活性和较好的循环性能.     

电沉积法制备锂离子电池锡铜合金负极及表面修饰

采用脉冲电沉积与热处理相结合的工艺制备铜锡合金,并作为锂离子电池的负极考察其电化学性能.在集流体铜箔上直接沉积锡,然后进行热处理形成铜锡合金层.锡电极在200℃和300℃热处理过程中分别形成了Sn/Cu6Sn5/Cu3Sn和Sn/Cu3Sn复相结构,合金相的产生提高了电极的循环性能,但降低了电极的比容量.通过在锡电极表面覆铜,改变了锡电极热处理后的表面成分,由Sn/Cu6Sn5混合相转变为Cu/Cu6Sn5混合相,有效提高了锡电极长期循环的结构稳定性,使电极同时具备了较高的活性和较好的循环性能.     

电沉积Ag／Sn偶界面反应及其动力学

采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对室温时效及125～225 ℃热处理的电沉积Ag/Sn偶反应区结构及相组成进行分析,研究Ag/Sn界面固相反应的动力学过程.研究表明:在刚电沉积的Ag/Sn偶中发生Ag/Sn界面固相反应,形成Ag3Sn;在室温时效过程中Ag3Sn层生长缓慢,但随着热处理温度的提高(125～200 ℃),Ag3Sn层生长速率显著提高;Ag/Sn界面固相反应为一扩散控制的反应过程,反应的激活能为70.0 kJ/mol.     

Sn-58Bi无Pb焊料与化学镀Ni-P层之间的界面反应

研究了Sn-58Bi共晶焊料与Cu的界面反应以及在Cu基体上化学镀Ni-P层的界面反应．焊接温度为180℃，焊接后时效温度范围为60-120℃，时间为5-30d．利用SEM，EDAX，XRD对反应产物进行了鉴定．结果表明，焊料与Cu的界面反应产物为Cu6Sn5，与化学镀Ni-P层的界面反应产物为Ni3Sn4，在Ni3Sn4与Ni-P层之间存在一层富P层．在同样条件下，Cu6Sn5的生长速度要快于Ni3Sn4的速度．化学镀Ni-P层中P含量较高时进一步抑制Ni／Sn界面反应生成Ni3Sn4的速度．界面金属间化合物层生长动力学符合x=(kt)^1/2关系，表明界面反应由扩散机制控制．由实验结果计算，Cu6sn5的表观激活能为90．87kJ／mol；Ni3Sn4的表观激活能则与化学镀Ni-P层中P含量有关，当镀层P含量为9％与16％(原子分数)时，其表观激活能分别是101．43kJ／mol与117．31kJ／mol．     

1.0%Zn,Ni对Sn-3.5Ag/Cu界面反应及化合物生长的影响

在微电子互连结构中,反应界面化合物层的形貌及厚度是决定焊点可靠性的一个重要因素.通过向Sn-3.5Ag共晶钎料中添加第三元素,分别研究元素Zn和Nj对Sn-3.5Ag/Cu界面反应的影响.结果表明,对于Sn-3.5Ag/Cu界面,液态反应初始生成物为Cu6Sn5,在随后的热老化阶段形成Cu3Sn化合物层;Zn元素不影响界面的初始生成相及其厚度,但在150℃老化阶段,Cu3Sn化合物的形成受到抑制,取代的是非连续的Cu5Zn化合物层,并且,化合物层增厚速度减慢;然而,当添加1.0%(质量分数)的Ni元素后,界面初始生成相为(Cu,Ni)6Sn5,该化合物层厚度明显大于前者,老化阶段界面无其它相生成.     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10³A/cm²的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了（Cu,Ni）₆Sn₅型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为（Cu,Ni）₆Sn₅型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/（Cu,Ni）₆Sn₅界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu₆Sn₅化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu₆Sn₅化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处（Cu,Ni）₆Sn₅的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.     

微量Ni对Sn/Cu界面组织形貌及柯氏孔洞形成的影响

通过对反应界面微观组织形貌的表征分析,系统研究了热老化条件下微量Ni元素对Snx Ni/Cu(x的质量分数为0,0.05%,0.10%)的界面组织形貌演变及柯肯达尔孔洞形成的影响。结果表明,相对于Sn/Cu界面,添加的Ni元素大幅加速了Snx Ni/Cu界面(Cu,Ni)_6Sn_5层的生长,但显著阻缓了(Cu,Ni)_3Sn层的形成,有效抑制了柯肯达尔孔洞的形成。(Cu,Ni)_6Sn_5层由多层细小晶粒组成,这种多晶界结构有利于界面组分元素的互扩散,可缓解Cu和Sn的不平衡扩散;薄的(Cu,Ni)_3Sn层限制了孔洞的形成空间,从而进一步抑制孔洞的形成。     

机械合金化合成Sn-Cu二元合金粉体

采用高能球磨的机械合金化法合成Sn-Cu二元合金超细粉体,对在球磨过程中粉体的结构演变、颗粒形貌、粒径分布及熔化特性进行了研究,讨论了合金化机制.结果表明:球磨粉体由Sn(Cu)过饱和固溶体及Cu6Sn5构成.在球磨初期,Cu、Sn颗粒相互迭加、冷焊,形成复合层块;随后,复合层块断裂碎化,球形颗粒相互团聚构成大的团粒;最后,团粒解散,小颗粒进一步细化.球磨60 h后,Sn-Cu合金粉体的平均粒径(d50)为1～3 μm,且随Cu含量由0.7 wt%增加到10 wt%,Sn-Cu合金粉颗粒形貌由不规则绒絮状变化到球状,熔点由231℃降低到288℃.     

SnCu钎料合金镀层钎焊连接机理及界面反应

通过在LD31铝合金表面电刷镀Ni,Cu后再沉积SnCu钎料合金镀层的钎焊实验,研究了钎料镀层的连接机理及界面反应,改进了可降低Ni层应力的电刷镀镀Ni液的配方,开发出适合镀层钎焊的SnCu钎料合金镀液,钎焊时钎料润湿为附着润湿,研究了在300℃钎焊时焊缝界面金属间化合物的生长规律,结果表明：焊缝中Cu-SnCu界面处生成了球状和棒状的Cu6Sn5金属间化合物;拉伸时焊缝主要沿着SnCu金属间化合物和富Sn相之间的界面断裂。     

Ni-P消耗对焊点电迁移失效机理的影响

研究了Cu/Sn/Ni-P线性焊点在150和200℃,电流密度1.0×10⁴ A/cm²的条件下化学镀Ni-P层消耗及其对焊点失效机理的影响.结果表明,在Ni-P层完全消耗之前,阴极界面的变化表现为:伴随着Ni-P层的消耗,在Sn/Ni-P界面上生成Ni₂SnP和Ni₃P;从Ni-P层中扩散到钎料中的Ni原子在钎料中以（Cu,Ni）₆Sn₅或（Ni,Cu）₃Sn₄类型的IMC析出,仅有很少量的Ni原子能扩散到对面的Cu/Sn阳极界面.当Ni-P层完全消耗后,阴极界面的变化主要表现为:空洞在Sn/Ni₂SnP界面形成,Ni₃P逐渐转变为Ni₂SnP,空洞进一步扩展形成裂缝,从而导致通过焊点的实际电流密度升高、产生的Joule热增加,最终导致焊点发生高温电迁移熔断失效.     

Ni对Sn96.5Ag3.5/Cu之间扩散行为的阻挡作用

研究了电镀Ｎｉ层和化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层对Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点扩散行为的影响,电子探针分析表明,化学镀Ｎｉ－Ｐ合金层能很好地阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点在焊接过程中的ＣｕＳｎ互扩散和相互反应;而电镀Ｎｉ层则不能阻止Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ焊点过程中的Ｃｕ,Ｓｎ互搁工用和相互反应,界面反应产物以Ｃｕ６Ｓｎ５为主。应用化学镀Ｎｉ－Ｐ合金作为Ｓｎ－Ａｇ／Ｃｕ之间的扩散阻挡层可大大减少Ｓｎ／Ｃｕ金属间化合物的生成,有得     

Ni segregation in the interfacial (Cu,Ni)6Sn5 intermetallic layer of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu ball grid array (BGA) joints

Ni segregation in the interfacial (Cu,Ni)₆Sn₅ intermetallic layer of Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu BGA solder joints was investigated by using synchrotron micro X-ray fluorescence (XRF) analysis and synchrotron X-ray diffraction (XRD). Compared to Sn-0.7Cu/Cu BGA joints, Ni containing solder show suppressed Cu₃Sn growth in both reflow and annealed conditions. In as-reflowed Sn-0.7Cu-0.05Ni/Cu BGA joints, Ni was relatively homogenously distributed within interfacial (Cu,Ni)₆Sn₅. During subsequent annealing, the diffusion of Ni in Cu₆Sn₅ was limited and it remained concentrated adjacent the Cu substrate where it contributes to the suppression of Cu₃Sn formation at the interface between the Cu substrate and Cu₆Sn₅ intermetallics.     

RE对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点性能的影响

利用X射线衍射分析仪(XRD)和JSM-5610LV扫描电镜(SEM)研究RE含量对Sn2.5Ag0.7Cu/Cu焊点界面区显微组织、剪切强度和蠕变断裂寿命的影响。结果表明:Sn2.5Ag0.7CuxRE焊点界面区金属间化合物由靠近钎料侧Cu6Sn5和靠近Cu基板侧Cu3Sn构成;添加微量RE可细化Sn2.5Ag0.7Cu焊点内钎料合金的显微组织和改善钎焊接头界面区金属间化合物的几何尺寸及形态;当RE添加量为0.1%时,焊点的剪切强度最高,蠕变断裂寿命最长。     

Cu的添加对X80钢热浸法渗铝层组织的影响

通过在热浸镀铝熔池中添加Cu元素,改善X80钢热浸法渗铝层的组织。在不同的温度下进行扩散退火试验,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究退火温度和铜元素对渗层组织的作用机理。采用Smile View软件对渗层厚度进行测量。结果表明,在热浸法渗铝时,Cu的添加可以使合金层/X80钢基体界面间的舌齿状形态缩小,使得界面间反应更均匀。当Cu的添加量为1%(质量分数)时,脆性的Fe₂Al₅合金层的厚度最小。随着扩散退火温度的升高,Cu添加量为1%的试样渗层的界面均匀性增加;扩散退火温度≥600℃时,渗层中开始出现极薄的FeAl相层;扩散退火温度≥650℃时,自由层消失,渗层中出现均匀的FeAl层且渗层外侧出现孔洞;扩散退火温度为700℃时,FeAl层中部出现孔洞带,且渗层外侧出现大孔洞。在热浸镀铝熔池中加入1%Cu元素可以使扩散退火过程中Al原子和Fe原子间的迁移速率差值减小,进而降低Al原子和Fe原子间的浓度梯度。原子间浓度梯度的降低,使得界面间反应更均匀,从而避免渗层中孔洞的出现。     

Wetting of molten Sn-3.5Ag-0.5Cu on Ni-P(-SiC) coatings deposited on high volume faction SiC/Al composite

The wetting of molten Sn-3.5Ag-0.5Cu alloy on the Ni-P(-SiC) coated SiC_p/Al substrates was investigated by electroless Ni plating process, and the microstructures of the coating and the interfacial behavior of wetting systems were analyzed. The SiC particles are evenly distributed in the coating and enveloped with Ni. No reaction layer is observed at the coating/SiC_p/Al composite interfaces. The contact angle increases from ～19° with the Ni-P coating to 29°, 43° and 113° with the corresponding Ni-P-3SiC, Ni-P-6SiC and Ni-P-9SiC coatings, respectively. An interaction layer containing Cu, Ni, Sn and P forms at the Sn-Ag-Cu/Ni-P-(0,3,6)SiC coated SiC_p/Al interfaces, and the Cu-Ni-Sn and Ni-Sn-P phases are detected in the interaction layer. Moreover, the molten Sn-Ag-Cu can penetrate into the Ni-P(-SiC) coatings through the Ni-P/SiC interface and dissolve them to contact the SiC_p/Al substrate.     

电沉积制备CIS太阳能电池吸收层材料

在Cu衬底上用电沉积的方法沉积金属In,再通过硒蒸气硒化处理成功制备了CuInSe2薄膜。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）对制备的薄膜进行相组成、微观结构、表面形貌等分析,研究了制备工艺条件对薄膜性能的影响。结果表明：电沉积的In在低温热处理阶段与衬底Cu扩散形成Cu—In合金预制层,预制层在硒化阶段生成CulnSe2,合金中过量Cu生成CuSe表面层,未反应的In转变为Cu36In9,形成Cu衬底／Cu16In9／CuInSe2／CuSe结构。     

Fabrication of Sn-Cu alloy solder by pulse electroplating on the metalized Si wafer

Sn-Cu alloy solder was deposited on the Au metalized Si wafer by pulse electroplating using tri-ammonium citrate based Sn-Cu co-electroplating aqueous solution. The influences of plating parameters, aging and reflowing on the morphologies, compositions, phases and microstructures of the Sn-Cu alloy solder were investigated. The current density of 10 mA/cm² and the reverse time of 100 ms can be used to obtain a high-quality Sn-Cu alloy layer. During aging at room temperature, Cu₆Sn₅ formed gradually in the Sn-Cu alloy layer. After reflowing at 230 °C, the Sn-Cu alloy solder is well distributed on the Si substrate, in which (Cu,Au)₆Sn₅ and AuSn₄ particles are randomly embedded in the Sn matrix.     

时效处理对镍/巴氏合金界面组织及性能的影响

为了考究铜基轴瓦的加速破坏过程,主要分析等温时效处理对巴氏合金基体及Sn/Cu接头、Sn/Ni接头、镍/巴氏合金静浇试样的界面组织和结合强度的影响规律.结果表明,经176℃,500 h时效处理后,巴氏合金基体中Cu₆Sn₅相的比例显著增加;镍/巴氏合金界面化合物相（可能是Ni₃Sn₄相）呈现增厚趋势,其增厚速度慢于Cu₆Sn₅相的增长.随着时效时间延长,Sn/Cu、镍/巴氏合金的结合强度均逐渐降低,500 h后分别降至22和48 MPa,前者降低的原因是界面附近Cu₆Sn₅脆性相的堆积生长,后者虽降低但仍满足技术要求.在铜基体表面增加镍中间层可有效抑制Cu₆Sn₅相的形成,保证时效处理后铜基轴瓦的工业使用性.     

Cu基板退火处理的Cu/Sn58Bi/Cu钎焊接头界面微结构

研究了铜基板退火处理对Cu/Sn58Bi界面微结构的影响. 结果表明,在回流以及时效24 h后Cu/Sn58Bi/Cu界面只观察到Cu₆Sn₅. 随着时效时间的增加,在界面形成了Cu₆Sn₅和Cu₃Sn的双金属间化合物(IMC)层,并且IMC层厚度也随之增加. 长时间时效过程中,在未退火处理的铜基板界面产生了较多铋偏析,而在退火处理的铜基板界面较少产生铋偏析. 比较退火处理以及未退火处理的铜基板与钎料界面IMC层生长速率常数,发现铜基板退火处理能减缓IMC层生长,主要归因于对铜基板进行退火处理能够有效的消除铜基板的内应力与组织缺陷,从而减缓Cu原子的扩散,起到减缓IMC生长的作用.