發(fā)布時間：2023-11-26 17:24

　　電子封裝領(lǐng)域常采用釬劑輔助釬焊法進(jìn)行器件的連接,但加熱過程中釬劑容易產(chǎn)生有毒氣體且焊后難以去除,易腐蝕接頭,造成接頭力學(xué)性能下降,降低釬焊的可靠性。超聲輔助釬焊法是一種無釬劑可以在大氣環(huán)境中直接進(jìn)行的釬焊方法,通過超聲活化作用來實(shí)現(xiàn)接頭的可靠連接,避免焊后釬劑殘留對接頭的腐蝕。為探明超聲作用對釬焊接頭性能的影響機(jī)制,就需要深刻的理解超聲作用機(jī)制,界面形成規(guī)律及潤濕性之間的關(guān)系。為此,本文選用電子封裝常用材料Al和Ni作為基板,純Sn作為釬料,系統(tǒng)研究了超聲作用下固溶型Al/Sn體系和界面反應(yīng)型Ni/Sn體系的界面溶解、潤濕行為以及界面金屬間化合物的生長機(jī)制。首先,本文采用浸入溶解實(shí)驗(yàn)法測量了Al和Ni母材在熔融Sn釬料中的溶解量,并計算了有無超聲作用下溶解速率和溶解反應(yīng)激活能。結(jié)合熔池中聲壓、聲流分布以及空化熱效應(yīng)的有限元模擬結(jié)果和微觀組織分析,探明了超聲促進(jìn)溶解的機(jī)理。其次,采用潤濕平衡法測量了超聲作用后Al/Sn體系和Ni/Sn體系潤濕力的變化,并結(jié)合微觀組織的分析,探明了超聲對兩種不同體系潤濕力提升的機(jī)理。最后,通過對比分析有無超聲作用Ni/Sn/Ni接頭界面及焊縫微觀組織形貌變...

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 超聲在材料制備及焊接中的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀
        1.2.1 超聲性質(zhì)及分類
        1.2.2 超聲在金屬凝固過程中的應(yīng)用
        1.2.3 超聲在釬焊中的應(yīng)用
    1.3 超聲輔助釬焊中液/固界面反應(yīng)行為研究現(xiàn)狀
        1.3.1 液/固界面溶解行為
        1.3.2 液/固界面潤濕行為
        1.3.3 液/固界面金屬間化合物的形成
    1.4 超聲效應(yīng)及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.4.1 超聲在液體中的空化效應(yīng)
        1.4.2 超聲在液體中的聲流效應(yīng)
        1.4.3 超聲在液體中的熱效應(yīng)
        1.4.4 超聲效應(yīng)的數(shù)值模擬
    1.5 技術(shù)路線及研究內(nèi)容
        1.5.1 技術(shù)路線
        1.5.2 研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.2.1 超聲輔助釬焊設(shè)備
        2.2.2 真空釬焊爐
        2.2.3 浸入溶解實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.3 實(shí)驗(yàn)研究方法
        2.3.1 浸入溶解實(shí)驗(yàn)
        2.3.2 飽和溶解實(shí)驗(yàn)
        2.3.3 潤濕平衡實(shí)驗(yàn)
        2.3.4 超聲輔助釬焊Ni/Sn/Ni
    2.4 微觀組織分析
        2.4.1 金相組織觀察
        2.4.2 SEM組織觀察
        2.4.3 XRD分析
    2.5 性能測試
    2.6 溶解量和界面金屬間化合物厚度測量方法
        2.6.1 溶解量測量
        2.6.2 界面金屬間化合物厚度測量
    2.7 本章小結(jié)
第3章 超聲波在母材和液態(tài)Sn釬料中傳播特性的研究
    3.1 超聲作用下母材表面振動特性的研究
        3.1.1 固體中的聲波動方程
        3.1.2 材料物理參數(shù)
        3.1.3 模型的建立及邊界條件的確定
        3.1.4 超聲作用下Al板表面振動分布
        3.1.5 飽和溶解實(shí)驗(yàn)中1060Al板表面振動分布
        3.1.6 超聲作用下Ni板表面振動分布計算
        3.1.7 超聲參數(shù)對母材表面振動場分布的影響
    3.2 液態(tài)Sn釬料中超聲波振動傳播特性
        3.2.1 流體內(nèi)的聲波動方程
        3.2.2 流場的控制方程
        3.2.3 浸入溶解實(shí)驗(yàn)中Sn釬料內(nèi)超聲振動傳播特性
        3.2.4 飽和溶解實(shí)驗(yàn)中Sn釬料內(nèi)超聲振動傳播特性
    3.3 界面空化熱效應(yīng)
        3.3.1 傳熱方程
        3.3.2 模型的建立及邊界條件的確定
        3.3.3 Al絲界面處空化泡破裂后溫度分布
    3.4 本章小結(jié)
第4章 超聲促進(jìn)Al和 Ni母材在純Sn釬料中溶解行為研究
    4.1 引言
    4.2 Al母材在熔融Sn釬料中的溶解行為
        4.2.1 無超聲作用下Al/Sn體系的溶解行為
        4.2.2 超聲作用下Al/Sn體系的溶解行為
        4.2.3 超聲功率對Al/Sn溶解的影響
        4.2.4 Al/Sn溶解激活能的計算
        4.2.5 有/無超聲作用對Al/Sn溶解速率的影響
        4.2.6 Al/Sn飽和溶解實(shí)驗(yàn)微觀組織分析
        4.2.7 超聲促進(jìn)Al/Sn溶解機(jī)理
    4.3 Ni母材在熔融Sn釬料中的溶解行為
        4.3.1 無超聲作用下Ni/Sn體系的溶解行為
        4.3.2 超聲作用下Ni/Sn體系的溶解行為
        4.3.3 超聲功率對Ni/Sn溶解的影響
        4.3.4 Ni/Sn溶解激活能的計算
        4.3.5 有/無超聲作用對Ni/Sn溶解速率的影響
        4.3.6 超聲作用對Ni/Sn界面IMC厚度及形態(tài)的影響
        4.3.7 超聲促進(jìn)Ni/Sn溶解機(jī)理
    4.4 本章小結(jié)
第5章 超聲對Al和 Ni母材在純Sn釬料中的潤濕性影響研究
    5.1 潤濕平衡原理
    5.2 超聲對Al/Sn體系潤濕性影響
        5.2.1 超聲時間對Al/Sn體系潤濕性的影響
        5.2.2 超聲功率對Al/Sn體系潤濕性的影響
        5.2.3 微觀組織分析
        5.2.4 超聲作用促進(jìn)Al/Sn體系潤濕性機(jī)理
    5.3 超聲對Ni/Sn體系潤濕性影響
        5.3.1 超聲時間對Ni/Sn體系潤濕性的影響
        5.3.2 超聲功率對Ni/Sn體系潤濕性的影響
        5.3.3 微觀組織分析
        5.3.4 超聲作用促進(jìn)Ni/Sn體系潤濕性的機(jī)理
    5.4 本章小結(jié)
第6章 超聲對Ni/Sn/Ni界面反應(yīng)及力學(xué)性能的影響
    6.1 引言
    6.2 超聲對Ni/Sn/Ni釬焊界面反應(yīng)行為的影響
        6.2.1 無超聲作用Ni/Sn/Ni釬焊界面IMC生長動力學(xué)
        6.2.2 超聲作用對Ni/Sn/Ni釬焊界面IMC形貌的影響
        6.2.3 超聲作用下Ni/Sn界面反應(yīng)機(jī)制
    6.3 超聲對界面Ni₃Sn₄晶粒形態(tài)的影響
    6.4 超聲對Ni/Sn/Ni接頭力學(xué)性能的影響
        6.4.1 超聲輔助釬焊接頭剪切強(qiáng)度
        6.4.2 超聲輔助釬焊Ni/Sn/Ni接頭斷口形貌
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 A 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文



本文編號：3868228