1. 研究目的与意义（文献综述）

雾霾频繁来袭的背景之下，大力倡导清洁能源供暖的呼声随之愈高。“煤改气”工程改造被多地政府放在了重要位置，并在想方设法加快进度。削减煤炭使用量带来的环境效益不容置疑，但是否能帮助持续改善空气质量，却需要考虑更多问题[1]。以现有先进的燃烧技术水平,单位供热量的燃气与燃煤两种技术，所排放的ＮＯｘ量已相差无几。然而,燃气热电联产与燃煤热电联产相比较,燃气热电比较小,在提供同等热量的条件下，燃气热电联产需要消耗更多的燃料热值，造成燃气热电联产比燃煤热电联产排放更多的ＮＯｘ 气体。而且“煤改气”工程所需的大量固定资产投入，要么引起能源价格的上涨，要么成为一项政府买单的低效益工程[2]。但是不可否认，煤改清洁能源已是大势所趋，更是事实，于是清洁能源天然气就成为必然选择，大范围推广使用壁挂炉也就成为必然选择。但由于壁挂炉行业在中国从开始到现在也就20 余年时间，本身是一个相对较新兴的行业，一下子遇到如此巨大的 “煤改气”机遇可谓有些措手不及[3]。而国外在壁挂炉上有比较长的研究时间，尤其是在在壁挂炉内铜管（用于水循环）以及散热铜片的钎焊连接方面，而且这方面是壁挂炉生产过程中比较重要的一部分，由此本课题主要研究方向为铜钎焊接头在受热后的稳定性。

由于铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性、塑性加工性能、钎焊性及耐蚀性，与人类具有很强的亲和性。因此，因此铜被广泛应用于电气工业、轻工业、机械制造、建筑工业和国防工业，在电的传输、热量交换和生活用品等领域也有较多的应用[4、5]。长期以来，电子焊料主要使用含铅的锡基合金其化学成分主要是以sn pb为主，另外添加sb ag cu zn bi in 等形成二元、三元或四元系合金。尽管pb在钎剂中有较多的优点，但由于其毒性会影响环境、危害人体，且相关研究表明在有限的周期内，无铅焊点的热疲劳性能优于有铅焊点[6、7]，因此现阶段钎剂无铅化成为主流。本次试验使用sn-ag-cu无铅焊剂。

国外在sn-cu连接方面有比较深层次的研究，向其中添加一些其他元素或者改变两种材料的反应形态会对反应产生很大的影响。sn、ni在铜钎焊过程中的扩散反应，较长的粘结时间和较高的成键温度，会增加金属间化合物(imc)厚度、改变其表面形貌;imc层力学性能参数对无铅焊点的可靠性评估有重要作用，imc厚度越大，杨氏模量越小、热膨胀系数越小、金属表面越圆润、可靠性越强,基于此焊点界面imc 生长加快，成为影响高密度封装可靠性的关键性问题[8-10]。但在其中ni能抑制cu与sn反应产物cu3sn形成且生长促进cu6sn5的生长、减少空洞的形成，由此解决了焊接时可能会出现的脆性断裂问题，同时增加焊缝剪切强度，当ni含量在0.09%时，cu3sn和cu6sn5组合层厚度达到最大[11、12]。而且在sn-cu反应过程中，焊点的状态变化也会导致η-cu6sn5生长动力学和反应层形态产生巨大差异[13]。球栅阵列封装(bga)回流焊接过程会生成过渡层界面化合物(intermetallic compound，imc)，而imc是钎焊过程中重要的部分，减小焊点平衡高度有会改变断裂位置从焊料基质的中间位置变化到sac305/imc界面附近，这利于增加焊点刚度：在其他条件相同的情况下，在sn–3.0ag–0.5cu/cu6sn5接口和cu6sn5层上，应变能释放率随焊点平衡高度的减小而减小，基于此可以认为大平衡高度焊点容易发生脆性断裂[14、15]。

2. 研究的基本内容与方案

材料制备：

实验室中有 sn-3ag-0.5cu钎剂，可以直接使用。只需通过回流焊制作铜接头即可。

采用台式氮气无铅回流焊机制备铜接头，基板为铜板，不使用助钎剂。钎焊试验在智能台式氮气无铅回流焊机中进行，峰值温度为270℃，温度在钎料液相线以上的时间为2min。钎焊过程中通入氮气抑制cu基板在钎焊过程中的表面氧化问题。

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，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照技术方案，制备cu/cu钎焊接头，并采用金相显微镜、sem等分析测试技术对接头界面处的物相、显微结构进行测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 平心. 不简单的“煤改气”[j]. 供热制冷, 2017(3).

[2] 刘虹. “煤改气”工程 且行且慎重——基于北京市“煤改气”工程的调研分析[j]. 宏观经济研究, 2015(4):9-13.

[3] 何曼. “煤改气”之后[j]. 供热制冷,2017(3):39-40.