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热电模块接头的界面连接工艺及可靠性研究

张浩  
【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。


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