【摘要】：應(yīng)用在航空航天、汽車制造等領(lǐng)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(yán)酷條件下工作,對(duì)封裝焊點(diǎn)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(guò)程中由于釬劑的引入和焊后殘留常引發(fā)焊點(diǎn)氣孔缺陷及焊盤二次腐蝕等問(wèn)題,這在高端應(yīng)用領(lǐng)域是絕對(duì)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(yīng)”,在釬焊時(shí)可以代替釬劑去除母材表面氧化膜,實(shí)現(xiàn)無(wú)釬劑使用條件下封裝焊點(diǎn)的連接。但國(guó)內(nèi)目前將超聲波應(yīng)用在軟釬焊中的研究較少,特別是超聲輔助軟釬焊過(guò)程中母材表面的去膜機(jī)制也需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。本文應(yīng)用超聲功率500 W、超聲頻率30 KHz的超聲波釬焊機(jī),通過(guò)超聲焊頭直接激勵(lì)固態(tài)母材的方式,經(jīng)輔助加熱裝置240℃恒溫加熱,實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境無(wú)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(guò)程�？刂瞥曊穹统曌饔脮r(shí)間,借助不同超聲作用時(shí)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(jī)制;同時(shí),觀察隨超聲作用時(shí)間增加的焊點(diǎn)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?cè)颉Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn):1.超聲波沿厚度為0.5 mm的銅基板橫向轉(zhuǎn)播的過(guò)程中,在距離中心施焊位置0~12 mm圓周范圍內(nèi),超聲作用效果隨距離增加呈現(xiàn)先增強(qiáng)再減弱的趨勢(shì),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(shí)間的延長(zhǎng)焊點(diǎn)釬料中的β-Sn初晶相在超聲空化效應(yīng)作用下出現(xiàn)明顯晶粒細(xì)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(shí)的尺寸約0.4μm顆粒狀A(yù)g_3Sn演變?yōu)?0 s時(shí)的尺寸約為3μm的片狀A(yù)g_3Sn,同時(shí)Cu_6Sn_5由2 s時(shí)的短棒狀演變?yōu)?0 s時(shí)的晶須狀,且數(shù)量明顯增多,在超聲作用15 s時(shí)晶須狀共晶組織占釬料比例的50%。3.超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng)可以促使釬料在母材表面進(jìn)行潤(rùn)濕鋪展。超聲波振幅對(duì)鋪展系數(shù)的影響最為明顯,在大振幅超聲作用下,釬料可在短時(shí)間內(nèi)鋪展?jié)櫇衲覆幕�。超聲輔助釬焊SAC305釬料/Cu過(guò)程中,可以在界面邊緣潤(rùn)濕角大于90°的情況下獲得良好的銅母材去膜和釬料的潤(rùn)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(shí)間的延長(zhǎng),潤(rùn)濕角呈逐漸減小的趨勢(shì)。4.SAC305/Cu焊點(diǎn)界面,在超聲作用1-10 s內(nèi),去膜過(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生橫向擴(kuò)展,期間凹坑深度一般維持在5-10μm左右無(wú)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(nèi)部遷移明顯,凹坑深度接近20μm。5.由焊點(diǎn)界面隨超聲作用時(shí)間的演變過(guò)程,總結(jié)SAC305釬料/Cu母材的氧化膜破除主要包括四個(gè)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(nèi)的銅金屬受迫變形出現(xiàn)弧狀凹坑,凹坑內(nèi)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(chǎn)生缺口;第二階段:熔融釬料進(jìn)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(guò)程繼續(xù)進(jìn)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(dòng)熔入釬料中,弧狀凹坑橫向合并生長(zhǎng),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(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG454
【圖文】：

空化效應(yīng)工業(yè)制造等方面的應(yīng)用主要是基于超聲作用于液體所產(chǎn)內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注。超聲空化是指液體中的氣經(jīng)歷聲波負(fù)半周期的拉伸和正半周期的壓縮，空化泡經(jīng)一系列過(guò)程。在空化氣泡潰滅時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓的微發(fā)力學(xué)、物理、化學(xué)效應(yīng)等，如材料破壞，加速化學(xué)反應(yīng)速焊中主要利用空化作用去除母材表面氧化膜，目前，對(duì)分為單泡聲空化和多泡聲空化兩個(gè)類別。化最早由 Rayleigh 在 1917 年研究完成[30]，并建立了不可理論模型，求出氣泡運(yùn)動(dòng)速度和潰滅時(shí)間。在其基礎(chǔ)上單泡運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了大量的理論分析，并從液體可聲輻射效應(yīng)、熱導(dǎo)性等方面進(jìn)行改進(jìn)，得出很多具有代。其中 Ohl[33]等人利用高速攝影技術(shù)記錄下臨近剛性固體圖 1-1 所示�？张菰趧傂怨腆w表面附近潰滅時(shí)會(huì)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(xué)工程碩士學(xué)位論文氧化膜應(yīng)用于材料連接領(lǐng)域，主要由于其獨(dú)當(dāng)超聲波傳播至液體中會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)材料間的冶金結(jié)合�？蒲袑W(xué)者對(duì)于氧。95 年通過(guò)高速攝影機(jī)捕捉到了空化氣可以清晰的觀察到在空化泡內(nèi)會(huì)形成空化泡中間過(guò)程。之后，陳永增[36]在 影響，試驗(yàn)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(yàn)結(jié)局部區(qū)域出現(xiàn)直徑約為 60 μm 的凹坑滅時(shí)產(chǎn)生的沖擊壓力約為 45 MPa-19s。

空化泡中間過(guò)程。之后，陳永增[36]在 2影響，試驗(yàn)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(yàn)結(jié)局部區(qū)域出現(xiàn)直徑約為 60 μm 的凹坑，滅時(shí)產(chǎn)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(xiàn)】

相關(guān)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(duì)釬料潤(rùn)濕行為的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2010年12期

2 閆久春;孫小磊;;超聲波振動(dòng)輔助釬焊技術(shù)[J];焊接;2009年03期

3 高晨;李紅;栗卓新;;AZ31B鎂合金超聲振動(dòng)釬焊接頭微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J];焊接學(xué)報(bào);2009年02期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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

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

本文編號(hào)：2800182