热电模块接头的界面连接工艺及可靠性研究

【摘要】：热电器件由于其结构简单、环保、可靠性高等优点，已经在温差发电和制冷等方面得到大量的应用。热电器件的转化效率和可靠性不仅取决于材料本身要具有较好性能，和制造因素息息相关。最常见的故障是发生在热电材料和电极的焊接接头之间。所以本文研究热电器件的在高温时效下的可靠性与连接机理。 在180℃下，对于两种热电器件的界面接头，Ni扩散阻挡层同时被热电材料和SAC305所消耗：Bi0.5Sb1.5Te3与Ni会反应生成NiTe；与N型Bi1.8Sb0.2Se0.15Te2.85反应会生成Ni（Bi,Te）。Ni的消耗速率分别是0.029μm/h和0.026μm/h。微观结构也会发生变化，P型热电接头界面处会出现尺寸大约为4-5μm的空洞，而N型热电接头中这种缺陷能不明显；此外，在时效的过程中，热电器件的剪切性能发生很大的变化，P型热电材料接头的剪切强度会发生明显的变化，当时效时间为800h时，强度大幅减小为7.59MPa。N型材料的热电接头的剪切强度的趋势一致，但是数值比较大。另外，两种材料接头的断裂模式均发生了变化，断裂面均由Ni层转移到Ni层与热电材料的交界面。 在260°C下，对于钎料SAC305与P型Bi1.8Sb0.2Te2.85两者之间的界面反应，反应产物为SnTe与SbSn。随着反应时间的增加，界面的微观结构会发生很大的变化，生成物中出现含有两相结构，腐蚀后，会出现多孔。反应物IMC层的生长速率很大，为4.05μm/min。对于钎料SAC305与N型Bi1.8Sb0.2Se0.15Te2.85两者之间的界面反应，生成物除了SnTe外，起初会有不稳定相（Bi，Te)Te相和Bi(Bi，Te)的生成，随着反应时间的延长，会产生稳定相BiTe。生成物的微观结构也会随着反应时间的增加而发生变化，随着反应时间的增加，会出现了扇贝型IMC层，反应物IMC层的生长速度大约为0.39μm/min。