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Profiling interfacial reaction features between diamond and cu-sn-ti active filler metal brazed at 1223 K

Journal of Materials Science & Technology 2022年第36期131卷 100-105页

作者： Yonggang Fan Kenan Li Haodong Li Cong Wang Key Laboratory for Ecological Metallurgy of Multimetallic Mineral(Ministry of Education) School of MetallurgyNortheastern UniversityShenyang 110819China State Key Laboratory of Superabrasives Zhengzhou Research Institute for Abrasives&Grinding Co.Ltd.Zhengzhou 450001China State Key Laboratory of Solid Lubrication Lanzhou Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of SciencesLanzhou 730000China

Diamond/cu-sn-ti composites have been successfully prepared by cold-press forming in conjunction with high-temperature vacuum active brazing at 1223 K.Ensuing wetting behaviors between diamond and filler metal,interfacial characteristics of the reaction layer,and wear resistance of the bulky composite have been fully investigated.It is revealed that all diamond particles can only be fully coated when the tiH_(2)content exceeds 5 wt%,below which sharp edges on diamond can still be observed.The interfacial reaction layer is found to be composed of tiC,the thickness of which is demonstrated to increase as a function of tiH_(2)content,arriving at the peak value of 1.70μm and remaining almost constant afterwards.It is further shown that the maximum wear resistance occurs approaching 5 wt%tiH_(2)content.Potential mechanisms responsible for such interesting phenomena have been postulated.

关键词： Diamond cu-sn-ti Brazing Interfacial layer Powder metallurgy

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Growth kinetics of interfacial reaction layer products between cubic boron nitride and cu-sn-ti active filler metal

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Journal of Materials Science & Technology 2021年第33期92卷 69-74页

作者： Yonggang Fan Cong Wang School of Metallurgy Northeastern UniversityShenyang110819China State Key Laboratory of Solid Lubrication Lanzhou Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of SciencesLanzhou730000China

In the present investigation,the growth kinetics of interfacial reaction layer products between cubic boron nitride(CBN) and cu-sn-ti filler metal has been thoroughly investigated.Detailed morphological and compositional features of respective compounds have been demonstrated for a wide brazing temperature ranging from 1153 K to 1223 K.It is found that within 30 minutes brazing holding time,the reaction layer growth is largely determined by the population of ti N via effective ti diffusion with an activation energy of 223.51 k J/mol,leading to parabolic growth patterns.It is further revealed that tiN grows both in axial and length dimensions,which eventually extends to the forefront and covers the reaction layer.

关键词： cubic boron nitride cu-sn-ti Interfacial reaction layer Activation energy

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Detailing interfacial reaction layer products between cubic boron nitride and cu-sn-ti active filler metal

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Journal of Materials Science & Technology 2021年第9期68卷 35-39页

作者： Yonggang Fan Junxiang Fan Cong Wang School of Metallurgy Northeastern UniversityShenyang 110819China

In the present study,we offer an in-depth analysis over the microstructure,thickness and product composition of the interfacial reaction layer generated upon CBN/cu-sn-ti active filler metal at 1223 K.current findings demonstrate that adequate wettability and satisfactory bonding have been achieved via chemical reactions between ti and N,B.More importantly,we report,for the first time,the formation of a three-layer juxtaposition of reaction products,namely,tiN,tiB2 and tiB,along the diffusion path of ti.Meanwhile,we determine the average layer thickness to be 1.24 μm.Through deep etching,we unambiguously present morphologies of the newly formed tiN and tiB2,which are columnar and bulky,re spectively,and constitute the formation of a high strength metallu rgical interfacial bonding layer,and is crucial towards gaining enhanced grinding performance.Finally,we propose a possible reaction sequence and mechanism that govern the nucleation and growth of corre s ponding crystals.

关键词： Brazing cubic boron nitride cu-sn-ti Interfacial products

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cu-sn-ti金属结合剂超薄砂轮的制备与切割评价

Cu-Sn-Ti金属结合剂超薄砂轮的制备与切割评价

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作者：张飞华侨大学

学位级别：硕士

在半导体芯片的制造过程中,晶圆划切和封装体的划切是必不可少的步骤,而金刚石超薄砂轮切割可控性较强,操作十分便捷,是目前应用最多的晶圆和封装体划切的方法。金属结合剂超薄砂轮的力学性能可调节范围广,硬度大,寿命高,是目前应用较... 详细信息

在半导体芯片的制造过程中,晶圆划切和封装体的划切是必不可少的步骤,而金刚石超薄砂轮切割可控性较强,操作十分便捷,是目前应用最多的晶圆和封装体划切的方法。金属结合剂超薄砂轮的力学性能可调节范围广,硬度大,寿命高,是目前应用较广泛、研究较活跃的结合剂体系。随着半导体芯片越来越趋向于小型化、轻型化发展,而且为了满足高密度封装的要求,金刚石超薄砂轮的厚度需要尽可能的减薄,这对超薄砂轮的力学性能提出了更高的要求。因此,本论文从cu-sn-ti结合剂的力学性能出发,通过对不同温度下结合剂的三点弯曲强度、硬度以及孔隙率进行测量,选择最佳的烧结温度以及最佳的结合剂配比,成功制备了厚度为50μm的cu-sn-ti金刚石超薄砂轮。并且通过对单抛硅片的划切,探究了cu-sn-ti金刚石超薄砂轮的切割性能以及刀具寿命。本论文的主要研究内容以及结论如下:(1)通过对不同烧结温度下cu-sn-ti金属结合剂力学性能以及微观组织的研究,确定了金刚石超薄砂轮的烧结温度,以及最佳的cu-sn-ti结合剂配比。(2)探索了cu-sn-ti金属结合剂金刚石超薄砂轮的制备工艺,分别为混粉、刮刀、冷压、烧结、减薄以及内外圆的修整,成功制备了cu-sn-ti金属结合剂金刚石超薄砂轮,并成功的将超薄砂轮的厚度减薄至50μm。(3)cu-sn-ti金属结合剂金刚石超薄砂轮对单抛硅片进行划切时,刀具的进给速度对切割质量影响最大,切割深度次之,主轴转速的影响较小,且单抛硅片正面产生的崩边远大于背面的崩边。(4)通过与商业的超薄砂轮切割对比发现,cu-sn-ti金属结合剂金刚石超薄砂轮与商业的超薄砂轮拥有相差不大的切割质量,但是超薄砂轮的寿命要高。(5)cu-sn-ti金属结合剂超薄砂轮对K9玻璃以及碳化硅晶圆都有较好的切割质量。

关键词： cu-sn-ti 超薄砂轮划切硅片崩边

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cu-ti系活性钎料钎焊高纯Al2O3陶瓷/无氧铜的研究

Cu-Ti系活性钎料钎焊高纯Al2O3陶瓷/无氧铜的研究

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作者：王险峰中南大学

学位级别：硕士

摘要：氧化铝陶瓷是世界上生产最多,应用最广的陶瓷,氧化铝陶瓷与无氧铜的连接件广泛应用于真空电子器件中,因此实现氧化铝陶瓷与无氧铜的可靠连接意义重大。本实验研究不同成分的cu-ti系活性钎料,成功替代Ag基活性钎料,实现了氧化铝陶... 详细信息

摘要：氧化铝陶瓷是世界上生产最多,应用最广的陶瓷,氧化铝陶瓷与无氧铜的连接件广泛应用于真空电子器件中,因此实现氧化铝陶瓷与无氧铜的可靠连接意义重大。本实验研究不同成分的cu-ti系活性钎料,成功替代Ag基活性钎料,实现了氧化铝陶瓷与无氧铜的连接。采用金相显微镜对不同活性钎料连接A12O3/cu的接头反应层厚度进行测量;采用SEM、EDS对不同活性钎料连接A12O3/cu的接头反应层进行微观分析、成分分析,研究了ti的含量以及钎焊工艺对Al203陶瓷的润湿性以及对A12O3/cu接头强度的影响,并探讨了不同微量元素的添加对接头抗剪强度的影响。通过对比不同成分的活性钎料对Al203陶瓷的润湿性及A12O3/cu的焊接性能,得出以下结果：（l）研究cu-ti系活性钎料对Al203陶瓷的润湿性发现,钎料中的ti含量是影响钎料能否润湿Al203陶瓷的关键原因,当ti含量低于20%时,钎料完全不能润湿Al203陶瓷。随着ti含量提高,钎料在Al203陶瓷表面的润湿角减小。随着保温时间的延长,其铺展面积也缓慢增大,反应层厚度增大,而且反应层组织由疏松变为致密。（2）用cu67sn10ti23活性钎料润湿Al203陶瓷时,钎料在Al203陶瓷表面发生前驱膜现象,这说明其润湿性极好。用cu-sn-ti钎料钎焊A12O3/cu时,随着钎焊温度的提高和保温时间的延长,其抗剪强度有所增加,但是其抗剪强度还是较低,对反应层进行分析,发现钎料中的sn元素在反应过程中发生了元素的偏聚,替代cu原子,与ti元素生成了大量的sn-ti化合物。（3）在cu67sn10ti23活性钎料中加入微量的Ni元素,在900℃的钎焊温度条件下,能够有效的提高A12O3/cu接头的抗剪强度,当Ni元素达到4%时,其抗剪强度达到最大值95.42MPa,反应层中生成了一些含Ni的相,这些相的存在是随着Ni元素含量提高而生成的,分析认为这些相有利于强度的提高。（4）在cu63sn10ti23Ni4钎料中添加微量B元素,当B元素低于0.2%时,在钎焊A12O3/cu过程中,钎料不发生飞溅,当B含量高于0.3%后,飞溅现象很明显。在cu62.8sn10ti23Ni4B0.2的钎料中添加微量的Al元素,当Al含量为0.2%时,其接头强度达到132.43MPa,但是当Al含量达到0.5%时,Al2O3/cu接头全部虚焊。

关键词： cu-ti cu-sn-ti Al2O3陶瓷界面反应接头强度

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