盛煌注册-首选链接目前，碳化硅(SiC)陶瓷作为最有前途的陶瓷材料之一，在航空航天、汽车、能源、电子和光学器件等多个行业的应用越来越多，并且由于其卓越的机械性能、优异的热导率和低热膨胀系数，对高性能微电子封装尤其具有吸引力。在实际应用中，SiC陶瓷必须与自身或金属牢固结合，因此，SiC陶瓷材料的可靠连接对于拓宽其应用范围至关重要。

　　钎焊是陶瓷连接最常用的方法。SiC陶瓷的钎焊工艺主要是采用Ag-Cu-Ti、Co基、Fe-Si和Ni-Cr合金作为钎料，然而，这些钎料的钎焊温度在800~1200℃之间，会对电子元器件造成热损伤，因此，钎焊工艺不能应用于电子工程领域。所以，需要研究在相对较低温度下连接陶瓷的工艺。锡基无铅钎料具有非常低的熔点，目前常用作电子封装行业的连接材料，但其熔点低于250℃，无法满足高温下电力电子器件的应用要求，所以有必要进一步研究锡基钎料的焊接工艺。

　　高温钎料常用于生产高工作温度的可靠电子产品，其固相线℃以上，液相线℃以下。Zn-Al合金具有350℃以上的中等熔化温度，更高的耐腐蚀性，优异的热和电导率以及优异的力学性能，是模具连接，功率半导体和光学器件封装以及倒装芯片封装的理想候选材料。近年来，Zn-Al基钎料已广泛应用于陶瓷、金属等多种材料的高温连接。例如，计红军等利用Zn-14Al钎料在超声辐照的辅助下将氧化铝焊接到铜上。李明雨等采用超声波辅助钎焊的方法，利用Zn-3Al钎料将铜与铜或铜与铝焊接在一起。共晶Zn-5Al钎料具有381℃的低熔点，是SiC陶瓷连接的较好选择。但是，大量脆性Zn-Al共晶将不可避免地降低接头的力学性能。因此，应通过设计合金成分或优化焊接过程来调控组织结构。为了解决以上问题，闫久春等人以Zn-5Al和Zn-5Al-3Cu合金为填料，采用超声波辅助空气钎焊方法对SiC陶瓷进行钎焊，在Zn-Al合金中加入Cu可以通过消除脆性的Zn-Al共晶相而改变组织，从而改善接头力学性能，同时，超声处理可在熔体处理中细化合金，改善机械性能，并且强化焊点。结果表明，Zn-5Al钎料能显著提高接头的剪切强度(~138MPa)，接近Zn-5Al-3Cu钎料的剪切强度水平。相关研究以题为“Microstructural evolution of SiC joints soldered using Zn–Al filler metals with the assistance of ultrasound”发表在《Ultrasonics Sonochemistry》期刊上。

　　超声波辅助焊接的原理示意图如图1a所示，SiC样品重叠放置，重叠长度约为20mm。将样品在空气中以50℃/min的速度加热至420℃，并施加超声振动(图1b)。用激光多普勒振动计(PolytecOFV-505/5000，Germany)测得超声振动的振幅为3.5μm。超声频率、压力和功率分别固定在20kHz、0.4MPa和300W。超声波作用时间是主要工艺参数之一，其范围为5~20秒，然后在焊接温度下保持焊接电偶3min，在空气中冷却至室温。

　　图2为使用Zn-5Al和Zn-5Al-3Cu钎料超声作用5s的接头典型显微组织，接头没有明显的缺陷，界面上没有明显的反应产物(图2c和d)。结合EDS分析，可以看出使用Zn-5Al钎料(图2e)的接头连接层主要由η-Zn相(轻)和大面积的Zn-Al共晶枝晶结构(织构图案)组成。根据Zn-Al二元相图，初生η-Zn相在凝固过程中首先从熔融钎料中析出，当焊接温度低于382℃时，发生共晶转变，富含溶质偏析的残余液体形成α+η层状共晶。对于Zn-5Al钎料，η-Zn相呈颗粒状形态，而共晶相主要是连接层中心的层状结构，只有少量的非层状结构(图2e)。对于Zn-5Al-3Cu钎料，连接层主要为η-Zn相和共晶相，除层状Zn-Al共晶相（由深色的α-Al相和灰色的η-Zn相组成）外，还存在非层状共晶，以灰色η-Zn基体嵌有白色棒状或片状ɛ-CuZn4相和深色须状α-Al相的形式存在。与用Zn-5Al钎料焊接的接头相比，可以看出，初生η-Zn相体积分数增加，但共晶组织数量减少。在Zn-5Al合金中添加Cu可以促进η-Zn相的非均匀形核，但抑制共晶组织的形成，从而有助于改善Zn-Al合金的力学性能。

　　图3为超声作用时间为20s的Zn-5Al钎料接头的典型显微组织，在焊接界面上无焊接间隙。超声作用时间增加，共晶结构的形态发生很大的变化，连接层中层状Zn-Al共晶结构完全消失(图3a)，同时，出现更多的细小和非层状共晶相。图3c显示了非层状共晶的高倍SEM显微照片，结合EDS分析，由次生η-Zn相(白色)和α-Al相(黑色)组成。与超声作用时间较短的相比，α-Al相尺寸较小，更加均匀。

　　图3 (a，b)超声作用20秒的Zn-5Al钎料的接头微观结构和(c)接头连接层