【摘要】：微電子產(chǎn)業(yè)目前已成為世界最重要的產(chǎn)業(yè)之一,與此同時(shí)用于微電子封裝的釬料研究也成為備受關(guān)注的研究方向。熔點(diǎn)在450℃至600℃之間的電子元器件用中溫銀基釬料一直是各國的熱門研究課題。通過在Ag-Cu系釬料中添加低熔點(diǎn)金屬是降低釬料熔點(diǎn)的常用方法,各國對(duì)于Ag-Cu-In-Sn釬料的研究表明在Ag-Cu系釬料中添加Sn和In能夠有效降低釬料熔點(diǎn)和釬焊最低溫度,但過高的Sn和In含量會(huì)導(dǎo)致釬料中脆性相的生成,并且當(dāng)Sn、In含量之和大于20%時(shí)采用傳統(tǒng)加工方法難以制備成材。本文采用電磁壓制新型釬料制備方法對(duì)高銦高錫銀基釬料進(jìn)行制備,通過極大的成形壓力和極短的成形時(shí)間使該釬料的加工性得到提升并減少其脆性相的生成。目前對(duì)于電磁成形粉末壓制的研究方法主要為實(shí)驗(yàn)和有限元仿真,有限元法的連續(xù)體假設(shè)與實(shí)際粉末顆粒的離散體性質(zhì)不相符,其仿真精度無法得到保證,本文采用離散元法對(duì)電磁壓制釬料粉末進(jìn)行仿真,從細(xì)觀角度對(duì)壓制過程的粉末流動(dòng)、應(yīng)力和致密度進(jìn)行研究分析。本文的主要工作內(nèi)容有:對(duì)Ag-Cu-In-Sn釬料電磁壓制成形的放電回路、電磁場(chǎng)及基于離散元理論的粉末壓制進(jìn)行仿真,從細(xì)觀角度解釋高銦高錫銀基釬料致密化行為,探究其致密化機(jī)理。研究不同In、Sn含量對(duì)電磁壓制制備AgCu-In-Sn釬料壓坯致密度的影響,系統(tǒng)研究放電參數(shù)、顆粒接觸特性、摩擦及壓制方式對(duì)電磁壓制釬料壓坯致密度和致密度均勻性的影響,優(yōu)化Ag-Cu-In-Sn釬料成分和電磁成形工藝參數(shù)。對(duì)放電回路和電磁場(chǎng)的研究表明:電容越大,電流的振蕩周期越大,電容不影響電流加載;電壓越大回路電流幅值越大,電壓對(duì)電流周期無影響;電容和電壓對(duì)振蕩電磁力的影響規(guī)律和對(duì)回路電流的影響規(guī)律相似。對(duì)高銦高錫釬料粉末電磁壓制的研究表明:在相同壓制力下,In含量越高所獲得的釬料壓坯致密度越高;在放電總能量相同的條件下,較大電壓的放電方案能使釬料壓坯致密度更高。在顆粒接觸特性中,靜摩擦系數(shù)和恢復(fù)系數(shù)對(duì)釬料壓坯致密度影響較大,剛度系數(shù)和滾動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)壓坯致密度影響較小。摩擦系數(shù)越小,壓坯致密度越高;摩擦系數(shù)為0.06時(shí)壓坯致密度均勻性最高;顆粒間摩擦比顆粒與模壁間摩擦對(duì)壓坯致密度影響更大。壓制相同致密度釬料壓坯,雙向壓制比單向壓制能獲得致密度均勻性更好的釬料。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG425
【圖文】：

圖 1-1 動(dòng)磁壓制技術(shù)圖 1-2 DMC 技術(shù)制備壓坯致密度壓制即平板線圈電磁壓制，其工裝如圖 1-3 所示，成形原理為電電，驅(qū)動(dòng)片內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大感應(yīng)電流并推動(dòng)沖頭向下高速運(yùn)動(dòng)壓制，該技術(shù)與直接電極接觸法相比的優(yōu)勢(shì)在于不需要金屬粉末自

7圖 1-2 DMC 技術(shù)制備壓坯致密度軸向壓制即平板線圈電磁壓制，其工裝如圖 1-3 所示，成形原理為電極向圈放電，驅(qū)動(dòng)片內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大感應(yīng)電流并推動(dòng)沖頭向下高速運(yùn)動(dòng)壓制模具顆粒，該技術(shù)與直接電極接觸法相比的優(yōu)勢(shì)在于不需要金屬粉末自身能因此可適用于金屬、陶瓷等粉末的成形。美國圣地亞哥州立大學(xué).Olevsky 等人[35]對(duì)氧化鋁粉末進(jìn)行了單軸電磁壓制，其孔隙率降低了5～6內(nèi)，武漢理工大學(xué)黃尚宇等人[36-37]采取小電壓大電容的放電方案進(jìn)行了磁壓制鋁粉并獲得了致密度 99%的鋁箔，對(duì) TiO2 陶瓷粉末進(jìn)行電磁壓制結(jié)工藝得到了致密度 98.5%的陶瓷制件。電磁壓制粉末成形工藝的關(guān)鍵優(yōu)（1）加工時(shí)間極短，縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率；（2）粉末顆粒運(yùn)最大可達(dá)傳統(tǒng)壓制方式的 1000 倍，能夠制備致密度極高的制件；（3）脈用下成形過程只有微秒級(jí)，顆粒間不易發(fā)生反應(yīng)，能夠保證優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)

圖 1-3 軸向電磁壓制工裝國內(nèi)外粉末仿真研究進(jìn)展統(tǒng)的粉末壓制工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)通常都是采用經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)法，不試驗(yàn)延長了研發(fā)周期，而且不能觀測(cè)到粉末壓制過程的微觀組織行為和應(yīng)力分布，無法在燒結(jié)工藝進(jìn)行前預(yù)測(cè)壓坯的性能和潛在機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，各國學(xué)者開始將數(shù)值仿真技術(shù)應(yīng)用在粉末多種粉末壓制模型構(gòu)建的力學(xué)方法，并根據(jù)粉體的實(shí)際受力和變多種本構(gòu)模型和接觸模型。利用數(shù)值模擬軟件強(qiáng)大的后處理分析，研究人員能深入研究粉末壓制過程的顆粒變形、粉末流動(dòng)行為及狀態(tài)，模擬軟件可以記錄壓制過程中每一時(shí)間步的信息，方便對(duì)粉重排、塑性變形和破裂三個(gè)階段進(jìn)行相應(yīng)研究。通過對(duì)模具參數(shù)和變，可以快速獲得制備更高致密度的壓坯的工藝方法，并對(duì)各因素響分析得到材料致密化機(jī)理，能更好地預(yù)測(cè)壓制過程中可能存在避免。

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