【摘要】：應用在航空航天、汽車制造等領域的電子元器件,往往需要在高頻率、高功率和極致溫差等嚴酷條件下工作,對封裝焊點可靠性的要求更為苛刻。傳統(tǒng)的軟釬焊封裝工藝,在釬焊過程中由于釬劑的引入和焊后殘留常引發(fā)焊點氣孔缺陷及焊盤二次腐蝕等問題,這在高端應用領域是絕對不允許的。因此,人們提出將超聲波輔助引入軟釬焊工藝中,由于其特有的“空化效應”,在釬焊時可以代替釬劑去除母材表面氧化膜,實現(xiàn)無釬劑使用條件下封裝焊點的連接。但國內目前將超聲波應用在軟釬焊中的研究較少,特別是超聲輔助軟釬焊過程中母材表面的去膜機制也需進行進一步的研究。本文應用超聲功率500 W、超聲頻率30 KHz的超聲波釬焊機,通過超聲焊頭直接激勵固態(tài)母材的方式,經輔助加熱裝置240℃恒溫加熱,實現(xiàn)大氣環(huán)境無釬劑使用條件下Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)釬料超聲輔助釬焊Cu的連接過程�？刂瞥曊穹统曌饔脮r間,借助不同超聲作用時間的金相照片或掃描電鏡照片,觀察銅基板表面的超聲去膜現(xiàn)象,分析銅母材的去膜機制;同時,觀察隨超聲作用時間增加的焊點釬料組織演變及界面連接層的形貌變化,分析組織及形貌演變原因。研究發(fā)現(xiàn):1.超聲波沿厚度為0.5 mm的銅基板橫向轉播的過程中,在距離中心施焊位置0~12 mm圓周范圍內,超聲作用效果隨距離增加呈現(xiàn)先增強再減弱的趨勢,確定距離中心施焊位置8 mm處為最佳施焊位置。2.在小振幅(20%)作用下,隨著超聲作用時間的延長焊點釬料中的β-Sn初晶相在超聲空化效應作用下出現(xiàn)明顯晶粒細化現(xiàn)象;而釬料共晶區(qū)中Ag_3Sn則發(fā)生粗化,由超聲作用2 s時的尺寸約0.4μm顆粒狀Ag_3Sn演變?yōu)?0 s時的尺寸約為3μm的片狀Ag_3Sn,同時Cu_6Sn_5由2 s時的短棒狀演變?yōu)?0 s時的晶須狀,且數量明顯增多,在超聲作用15 s時晶須狀共晶組織占釬料比例的50%。3.超聲作用時間的延長可以促使釬料在母材表面進行潤濕鋪展。超聲波振幅對鋪展系數的影響最為明顯,在大振幅超聲作用下,釬料可在短時間內鋪展?jié)櫇衲覆幕�。超聲輔助釬焊SAC305釬料/Cu過程中,可以在界面邊緣潤濕角大于90°的情況下獲得良好的銅母材去膜和釬料的潤濕,并在界面形成連續(xù)的金屬間化合物連接層。隨著超聲作用時間的延長,潤濕角呈逐漸減小的趨勢。4.SAC305/Cu焊點界面,在超聲作用1-10 s內,去膜過程中由于母材和氧化膜發(fā)生塑性變形而發(fā)生弧狀凹坑,凹坑隨時間的延長發(fā)生橫向擴展,期間凹坑深度一般維持在5-10μm左右無明顯增加;但隨后的10-15 s超聲作用期間,釬料/母材界面向銅內部遷移明顯,凹坑深度接近20μm。5.由焊點界面隨超聲作用時間的演變過程,總結SAC305釬料/Cu母材的氧化膜破除主要包括四個階段:第一階段:在超聲空化作用下,銅基板表面部分區(qū)域的氧化膜及其下方一定體積內的銅金屬受迫變形出現(xiàn)弧狀凹坑,凹坑內部母材與氧化膜之間出現(xiàn)裂紋,隨后氧化膜在凹坑最底端發(fā)生斷裂產生缺口;第二階段:熔融釬料進入缺口與Cu接觸,并沿著Cu表面裂紋橫向滲入,使凹坑表面氧化膜浮起;第三階段:鋪展過程繼續(xù)進行使弧狀凹坑橫向尺寸增加,漂浮在熔融釬料中的氧化膜在持續(xù)的超聲作用下發(fā)生破碎,在弧狀凹坑與釬料的直接接觸界面形成金屬間化合物連接層;第四階段:破碎的氧化膜隨液態(tài)釬料的流動熔入釬料中,弧狀凹坑橫向合并生長,界面上不再存在氧化膜覆蓋區(qū)且形貌趨于平緩,完成去膜過程。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG454
【圖文】：

空化效應工業(yè)制造等方面的應用主要是基于超聲作用于液體所產內外科研工作者的廣泛關注。超聲空化是指液體中的氣經歷聲波負半周期的拉伸和正半周期的壓縮，空化泡經一系列過程。在空化氣泡潰滅時產生瞬時高溫高壓的微發(fā)力學、物理、化學效應等，如材料破壞，加速化學反應速焊中主要利用空化作用去除母材表面氧化膜，目前，對分為單泡聲空化和多泡聲空化兩個類別�；钤缬� Rayleigh 在 1917 年研究完成[30]，并建立了不可理論模型，求出氣泡運動速度和潰滅時間。在其基礎上單泡運動的動力學進行了大量的理論分析，并從液體可聲輻射效應、熱導性等方面進行改進，得出很多具有代。其中 Ohl[33]等人利用高速攝影技術記錄下臨近剛性固體圖 1-1 所示。空泡在剛性固體表面附近潰滅時會發(fā)生非球流沖擊固體表面，最后管狀氣體變成微小氣泡。

哈爾濱理工大學工程碩士學位論文氧化膜應用于材料連接領域，主要由于其獨當超聲波傳播至液體中會產生空化效應材料間的冶金結合�？蒲袑W者對于氧。95 年通過高速攝影機捕捉到了空化氣可以清晰的觀察到在空化泡內會形成空化泡中間過程。之后，陳永增[36]在 影響，試驗中將鋁箔置于裝有水的容超聲作用下鋁箔表面形貌變化。試驗結局部區(qū)域出現(xiàn)直徑約為 60 μm 的凹坑滅時產生的沖擊壓力約為 45 MPa-19s。

空化泡中間過程。之后，陳永增[36]在 2影響，試驗中將鋁箔置于裝有水的容器超聲作用下鋁箔表面形貌變化。試驗結局部區(qū)域出現(xiàn)直徑約為 60 μm 的凹坑，滅時產生的沖擊壓力約為 45 MPa-190s。圖 1-2 超聲空化泡的潰滅[35]e collapse of ultrasonic cavitation aluminum f

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 許志武;閆久春;王昌勝;楊士勤;;超聲波的傳播特性及其對釬料潤濕行為的影響[J];焊接學報;2010年12期

2 閆久春;孫小磊;;超聲波振動輔助釬焊技術[J];焊接;2009年03期

3 高晨;李紅;栗卓新;;AZ31B鎂合金超聲振動釬焊接頭微觀結構和力學性能[J];焊接學報;2009年02期

4 王萍輝;超聲空化影響因素[J];河北理工學院學報;2003年04期

相關博士學位論文 前2條

1 李國棟;超聲作用下鎂合金釬料性能及其釬焊過程研究[D];北京工業(yè)大學;2014年

2 陳曉光;SiC陶瓷與Ti-6Al-4V合金超聲波輔助釬焊的潤濕結合機制及工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

相關碩士學位論文 前1條

1 李燦;超聲輔助釬焊中界面空化行為和去膜過程的可視化研究[D];北京工業(yè)大學;2016年

本文編號：2800182