第12期 李春元等：Ag一Au一Ge中温钎料的性能 1403 1实验 成见表1. 表1实验合金的组成（原子分数） 1.1合金成分设计 Table 1 Composition of investigated alloys % 文献[56]对Ag一AuCe相图进行了研究，发 合金 Ag Au Ge 现AgGe、AGe两个二元系均存在共晶反应，共 AAGI 19.5 58.5 22.0 晶温度分别为651℃和361℃，AgAu能无限互溶 AAG2 15.0 60.0 25.0 根据相图的基本原理，初步推断Ag一AuGe三元体 1.2实验方法 系的相图将形成一个具有三相平衡的共晶反应L→ AgAu(a)十Ge(P)的单变量线e1e2,如图1所示，其 采用扫描电镜(SUPRA55,德国)观察所制备 温度变化在361~651℃之间.共晶型合金熔化温 的合金试样的组织均匀性，并同时观察合金熔化后 度区间小，因此其熔液流动性好，凝固后容易形成集 与基板间的接触界面，利用X射线能谱确定合金中 中缩孔，使合金致密，有利于提高焊缝的质量，钎料 各相的组成，采用综合热分析仪(NETZSCH STA 通常选择共晶点配比的合金体系，本研究根据相图 409C)测定合金的熔化特性，实验合金质量约为 选择设计了AAG1和AAG2两个合金试样，合金组 9mg,升温速率为5Kmin,高纯氩气保护. 实验测定了合金在Al-SiC/Ni/Au基板上的润 Ge 湿性，基板尺寸为20mm×15mm×1mm,测定炉气 氛为流动的高纯氩气，实验中拍摄了动态熔化下的 20 80 照片，用AutoCAD处理照片以获得润湿角. 30 70 Au原子分数 0 60 2实验结果与讨论 50 50 分数 A 40 2.1合金试样的组织观察 0X 30 图2为两种合金的微观组织照片，可以看到， 20 两种合金的微观组织很相似，都是由两相组成： 9000010 灿象。 AgAu固溶体和在晶界处分布的Ge相，由微观组织 1020 30405060708090 还可以看到，在AgAu固溶体的晶界处呈明显的共 Ag原子分数% 晶组织形貌，AgAu固溶体和Ge相交替析出，两种 图1Ag一ACGe三元系液相面投影图 合金与镀Ni/Au的Al-SiC基板的接触界面如图3 Fig.1 liquidus projection phase diagram of Ag-Au-Ge ternary phase 所示，可以看到界面处没有明显的其他金属间化合 system 物的形成 (a) 20μm 20μm 图2两种合金的显微组织.(a)AAG1:(b)AAG2 Fig.2 SEM micrographs of two solder alloys:(a)AAGl:(b)AAG2 2.2合金试样的熔化特性测定 为共晶或者接近共晶，因为当组成接近共晶成分时， 图4为两个合金试样的DSC曲线，由图可见， 能够防止在凝固过程中产生偏析，熔化温度对于钎 每种合金的DSC曲线都只存在一个吸热峰，表明合 料而言是一个非常重要的参数，因为太高的熔点将 金的组成接近共晶成分，通常希望钎料的化学组成 提高电子封装焊接过程中的回流温度[门，1 实验 1∙1 合金成分设计 文献［5－6］对 Ag－Au－Ge 相图进行了研究‚发 现 Ag－Ge、Au－Ge 两个二元系均存在共晶反应‚共 晶温度分别为651℃和361℃‚Ag－Au 能无限互溶． 根据相图的基本原理‚初步推断 Ag－Au－Ge 三元体 系的相图将形成一个具有三相平衡的共晶反应 L→ AgAu（α）＋Ge（β）的单变量线 e1e2‚如图1所示‚其 温度变化在361～651℃之间．共晶型合金熔化温 度区间小‚因此其熔液流动性好‚凝固后容易形成集 中缩孔‚使合金致密‚有利于提高焊缝的质量‚钎料 通常选择共晶点配比的合金体系．本研究根据相图 选择设计了 AAG1和 AAG2两个合金试样‚合金组 图1 Ag－Au－Ge 三元系液相面投影图［4］ Fig．1 liquidus projection phase diagram of Ag-Au-Ge ternary phase system 成见表1． 表1 实验合金的组成（原子分数） Table1 Composition of investigated alloys ％ 合金 Ag Au Ge AAG1 19∙5 58∙5 22∙0 AAG2 15∙0 60∙0 25∙0 1∙2 实验方法 采用扫描电镜（SUPRA－55‚德国）观察所制备 的合金试样的组织均匀性‚并同时观察合金熔化后 与基板间的接触界面．利用 X 射线能谱确定合金中 各相的组成．采用综合热分析仪（NETZSCH STA 409C）测定合金的熔化特性‚实验合金质量约为 9mg‚升温速率为5K·min －1‚高纯氩气保护． 实验测定了合金在 Al－SiC／Ni／Au 基板上的润 湿性‚基板尺寸为20mm×15mm×1mm‚测定炉气 氛为流动的高纯氩气．实验中拍摄了动态熔化下的 照片‚用 AutoCAD 处理照片以获得润湿角． 2 实验结果与讨论 2∙1 合金试样的组织观察 图2为两种合金的微观组织照片．可以看到‚ 两种合金的微观组织很相似‚都是由两相组成： AgAu固溶体和在晶界处分布的 Ge 相．由微观组织 还可以看到‚在 AgAu 固溶体的晶界处呈明显的共 晶组织形貌‚AgAu 固溶体和 Ge 相交替析出．两种 合金与镀 Ni／Au 的 Al－SiC 基板的接触界面如图3 所示．可以看到界面处没有明显的其他金属间化合 物的形成． 图2 两种合金的显微组织．（a） AAG1；（b） AAG2 Fig．2 SEM micrographs of two solder alloys：（a） AAG1；（b） AAG2 2∙2 合金试样的熔化特性测定 图4为两个合金试样的 DSC 曲线．由图可见‚ 每种合金的 DSC 曲线都只存在一个吸热峰‚表明合 金的组成接近共晶成分．通常希望钎料的化学组成 为共晶或者接近共晶‚因为当组成接近共晶成分时‚ 能够防止在凝固过程中产生偏析．熔化温度对于钎 料而言是一个非常重要的参数‚因为太高的熔点将 提高电子封装焊接过程中的回流温度［7］． 第12期 李春元等： Ag－Au－Ge 中温钎料的性能 ·1403·