《軟釺料合金與接頭在極限環境下的微觀組織演變與損傷》是依託哈爾濱工業大學，由王春青擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：軟釺料合金與接頭在極限環境下的微觀組織演變與損傷
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：王春青
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空間環境下電子電路焊點會承受高溫、極低溫、大溫差以及高真空、輻照等嚴酷環境，而軟釺料是電路結構中最易受環境條件影響而變化、最為脆弱的部分。觀測釺料、界面在高、低溫下的微觀組織演變；研究承受熱應力、輻照、高真空時的材料和界面損傷；獲得高低溫變化範圍內的力學本構關係；探究釺料合金、界面在納微觀的力學行為等，對於評估電子電路焊點在空間嚴酷環境下的力學行為、失效機理以及服役壽命是至為重要的基礎科學問題。本項目將通過對Sn基、Pb基、In基等釺料合金在－200～＋200攝氏度範圍內的應力應變性能、冷脆轉變行為進行測試，在SEM、TEM、雷射共聚焦顯微鏡下原位觀測不同溫度、形變速度下的合金、連線界面的變形行為及裂紋尖端的物理過程，獲得接頭損傷的實驗規律。採用第一性原理方法分析空穴密度、裂紋萌生及擴展與合金元素及組織的關係。期望以上研究的成果對航天、空間電子儀器、通訊設備的設計和製造提供理論依據。
結題摘要
研究發現Cu提高了錫合金的衝擊功，而Ag的加入使Sn3.5Ag、Sn36Pb2Ag及SAC305合金的韌脆轉變溫度右移升高10℃以上到-40℃；Sn37Pb合金的韌脆轉變不明顯，其衝擊功遠遠小於以上合金；Pb10Sn合金在此溫度範圍內斷裂模式均為塑形斷裂，而Au20Sn均為脆性斷裂且衝擊功很小。隨著溫度的降低，錫基合金的斷裂模式從穿晶斷裂為主向沿晶斷裂轉移。隨著溫度的降低純錫、Sn37Pb、Sn3.5Ag合金的靜態拉伸強度和屈服強度近似以直線上升，在150 ºC附近達到最大值。發現從室溫到極低溫，純錫的變形機制從位錯滑移為主向滑移與孿晶共存，而在150ºC~-196 ºC，孿晶變為主要的變形機制。發現了在極低溫環境下變形後的錫及其合金恢復到一定溫度時發生顯著的回覆和再結晶。植核會促進相變的發生，植核量越多，促進效果越明顯；壓縮變形對相變有一定的促進作用，形變數越大，促進效果越明顯；雜質元素含量會影響相變的發生和轉化速度。設計了能夠準確的檢測到樣品中β/α相變發生及灰錫轉變比例的準原位體積檢測裝置。研究發現隨著測試溫度的降低，Sn37Pb、Sn36Pb2Ag及Sn3.5Ag釺焊接頭的剪下強度上升，在-130~-150℃附近達到極大值後下降。分析表明，在-130~-150℃區間斷裂位置從釺料體內部向連線界面的IMC處轉移，發生了韌脆轉變；Sn37Pb/Cu釺焊接頭的拉伸強度隨溫度的下降上升，隨著應變率的升高而降低。150℃下高溫老化處理在初期提高了Sn3.5Ag合金的低溫衝擊韌性，老化2天合金韌脆轉變溫度達到最低。隨著老化時間的繼續增加，合金的韌脆轉變溫度先降低後升高。-196℃貯存15h後，富錫相的彈性模量升高80%，而富鉛相的彈性模量僅升高12.5%，低溫貯存對富錫、富鉛兩相的力學性能或物理性能的影響有顯著區別。發現了在極低溫環境下變形後的錫及其合金恢復到一定溫度時發生顯著的回覆和再結晶。Sn37Pb/Cu焊點低溫貯存試驗，隨著在-196℃下貯存時間的增加，合金中富Pb相趨於向界面富集。發現隨著高溫貯存時間的延長，在含銀釺料中出現第二相的析出與融合。該現象伴隨著韌脆轉變溫度的變化。合金中的Ag3Sn IMC顆粒趨於在晶界處富集，沿晶斷口晶界處Ag3Sn顆粒內部出現大量位錯。
