1. 研究目的与意义（文献综述）

传统的锡铅(sn-pb)合金钎料由于具有价廉，易焊接，物理力学和冶金性能好等特点而作为连接器件和印刷电路板的常用材料^[1]。然而随着人类的生活水平提高，对环境保护意识不断提高，锡铅合金的毒性等负面影响已引起全球范围内的高度重视，各国纷纷立法禁止使用和销售含有铅的电子电器设备，我国无铅焊接的实施自2006年7月1日开始实施。同时，由于无铅焊料具有更高的熔化温度和更高的sn含量，从而导致界面反应过于激烈迅速，导致可靠性降低等问题^[2,3] 。

镍及其合金与sn的反应速率比铜和铜合金慢，ni基合金镀层具有优良的综合性能并具有单金属所没有的特殊物理性能，例如导磁性、减摩性、钎焊性，耐磨性、耐蚀性、耐高温性、高硬度及高强度，目前业内多采用ni-p合金与无铅焊料焊接^[4]。近期研究发现，ni-p与无铅焊料反应会形成ni₃p柱状晶，给界面元素提供扩散通路，生成大量纳米孔洞，从而大大降低焊点的可靠性^[5,6]。

基于此，通过在焊料合金中加入少量的化学元素而改变焊料成分从而抑制界面反应的速率提升器件工作寿命和可靠性，但此方法仅适用于焊膏^[7-9]。随后研究发现，在化学镀ni-p中增加第三种元素被认为是改善这一问题最好的方法。研究发现ni-w-p合金具有优良的热稳定性，优异的耐蚀性和耐磨性^[10,11]，显示出应用在无铅钎料的潜力。化学镀ni-w-p薄膜最初由pearlstein 和weightman在化学镀ni-p溶液中加入w盐^[12]。chen最初尝试将ni-w-p镀层作为钎料扩散阻挡层^[13]，研究指出ni-w-p镀层（7%质量的磷和14%质量的w）比ni-p镀层对sn-bi钎焊接头更能抑制界面生长反应。之后，jang和 yu制备出三种不同含量w的ni-w-p薄膜，通过跌落实验测试薄膜对接头可靠性的作用^[14]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1. 通过化学镀制备Ni-W-P三元合金镀层并对镀层进行形貌表征。

2. 制备Sn-Ag-Cu/Ni-W-P无铅焊点并进行高温储存实验。

3. 借助SEM对Sn-Ag-Cu/Ni-W-P无铅焊点进行显微表征及相分析。观察其在回流和后期老化过程中的界面反应和演变。

2.2 研究目标

1、掌握Ni-W-P镀层以及无铅焊点的制备方法；

2、采用显微表征与相分析技术，观测回流和时效处理下接头界面反应层的生长和演变过程，分析Ni-W-P镀层的扩散阻挡性能。

2.3 技术方案

将纯铜板（纯度：99.9%，厚度：1mm）作为Ni-W-P镀层的基材。在化学镀之前，对铜进行抛光处理，使用35%的盐酸溶液浸泡30秒用去离子水洗净，再使用PdCl₂前处理溶液对其进行表面活化处理。使用硫酸镍和钨酸钠分别提供镍和钨元素，使用次磷酸钠作为还原剂，柠檬酸钠作为络合剂。镀液pH为9（通过25%体积分数的硫酸溶液或10%的NaOH溶液进行调整），镀液温度为85ordm;C。具体镀液化学组成及化学镀条件见表1.

表1. 化学镀Ni–W–P镀液组成及条件

然后，用制备完毕的Ni-W-P和无铅焊料（Sn–Ag-Cu）形成焊接接头。焊接之前，在镀层上添加松香助焊剂以去除表面氧化物，接头制备在回流炉内形成，在260℃回流温度下反应60s。在回流之后，将样品在150℃维持120小时固态老化。最后，将样品切样抛光，使用盐酸酒精腐蚀液来显现其表面微观结构，通过SEM观察界面反应层的组织形貌的厚度。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究对象结构，测试仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：按照技术方案，制备ni-w-p镀层并形成无铅焊点接头；

第7－10周：观测回流和时效处理下焊接界面的扩散和演变过程。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]liang w, peng h. current research and development of lead-free solder [j]. materials review, 2011, 25: 127-130.

[2]yang y, balaraju j n, chong s c, et al.. significantly retarded interfacial reaction between an electroless ni–w–p metallization and lead-free sn–3.5ag solder [j]. journal of alloys amp; compounds, 2013, 565(14): 11-16.

[3]sharif a, chan y c, islam m n, et al.. dissolution of electroless ni metallization by lead-free solder alloys[j]. journal of alloys amp; compounds, 2005, 388(1): 75-82.