超声波作用下焊点液-固界面行为的研究
发布时间：2023-11-26 17:24
电子封装领域常采用钎剂辅助钎焊法进行器件的连接,但加热过程中钎剂容易产生有毒气体且焊后难以去除,易腐蚀接头,造成接头力学性能下降,降低钎焊的可靠性。超声辅助钎焊法是一种无钎剂可以在大气环境中直接进行的钎焊方法,通过超声活化作用来实现接头的可靠连接,避免焊后钎剂残留对接头的腐蚀。为探明超声作用对钎焊接头性能的影响机制,就需要深刻的理解超声作用机制,界面形成规律及润湿性之间的关系。为此,本文选用电子封装常用材料Al和Ni作为基板,纯Sn作为钎料,系统研究了超声作用下固溶型Al/Sn体系和界面反应型Ni/Sn体系的界面溶解、润湿行为以及界面金属间化合物的生长机制。首先,本文采用浸入溶解实验法测量了Al和Ni母材在熔融Sn钎料中的溶解量,并计算了有无超声作用下溶解速率和溶解反应激活能。结合熔池中声压、声流分布以及空化热效应的有限元模拟结果和微观组织分析,探明了超声促进溶解的机理。其次,采用润湿平衡法测量了超声作用后Al/Sn体系和Ni/Sn体系润湿力的变化,并结合微观组织的分析,探明了超声对两种不同体系润湿力提升的机理。最后,通过对比分析有无超声作用Ni/Sn/Ni接头界面及焊缝微观组织形貌变...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 超声在材料制备及焊接中的应用与研究现状
1.2.1 超声性质及分类
1.2.2 超声在金属凝固过程中的应用
1.2.3 超声在钎焊中的应用
1.3 超声辅助钎焊中液/固界面反应行为研究现状
1.3.1 液/固界面溶解行为
1.3.2 液/固界面润湿行为
1.3.3 液/固界面金属间化合物的形成
1.4 超声效应及数值模拟研究现状
1.4.1 超声在液体中的空化效应
1.4.2 超声在液体中的声流效应
1.4.3 超声在液体中的热效应
1.4.4 超声效应的数值模拟
1.5 技术路线及研究内容
1.5.1 技术路线
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料、设备与研究方法
2.1 实验材料
2.2 实验设备
2.2.1 超声辅助钎焊设备
2.2.2 真空钎焊炉
2.2.3 浸入溶解实验设备
2.3 实验研究方法
2.3.1 浸入溶解实验
2.3.2 饱和溶解实验
2.3.3 润湿平衡实验
2.3.4 超声辅助钎焊Ni/Sn/Ni
2.4 微观组织分析
2.4.1 金相组织观察
2.4.2 SEM组织观察
2.4.3 XRD分析
2.5 性能测试
2.6 溶解量和界面金属间化合物厚度测量方法
2.6.1 溶解量测量
2.6.2 界面金属间化合物厚度测量
2.7 本章小结
第3章 超声波在母材和液态Sn钎料中传播特性的研究
3.1 超声作用下母材表面振动特性的研究
3.1.1 固体中的声波动方程
3.1.2 材料物理参数
3.1.3 模型的建立及边界条件的确定
3.1.4 超声作用下Al板表面振动分布
3.1.5 饱和溶解实验中1060Al板表面振动分布
3.1.6 超声作用下Ni板表面振动分布计算
3.1.7 超声参数对母材表面振动场分布的影响
3.2 液态Sn钎料中超声波振动传播特性
3.2.1 流体内的声波动方程
3.2.2 流场的控制方程
3.2.3 浸入溶解实验中Sn钎料内超声振动传播特性
3.2.4 饱和溶解实验中Sn钎料内超声振动传播特性
3.3 界面空化热效应
3.3.1 传热方程
3.3.2 模型的建立及边界条件的确定
3.3.3 Al丝界面处空化泡破裂后温度分布
3.4 本章小结
第4章 超声促进Al和 Ni母材在纯Sn钎料中溶解行为研究
4.1 引言
4.2 Al母材在熔融Sn钎料中的溶解行为
4.2.1 无超声作用下Al/Sn体系的溶解行为
4.2.2 超声作用下Al/Sn体系的溶解行为
4.2.3 超声功率对Al/Sn溶解的影响
4.2.4 Al/Sn溶解激活能的计算
4.2.5 有/无超声作用对Al/Sn溶解速率的影响
4.2.6 Al/Sn饱和溶解实验微观组织分析
4.2.7 超声促进Al/Sn溶解机理
4.3 Ni母材在熔融Sn钎料中的溶解行为
4.3.1 无超声作用下Ni/Sn体系的溶解行为
4.3.2 超声作用下Ni/Sn体系的溶解行为
4.3.3 超声功率对Ni/Sn溶解的影响
4.3.4 Ni/Sn溶解激活能的计算
4.3.5 有/无超声作用对Ni/Sn溶解速率的影响
4.3.6 超声作用对Ni/Sn界面IMC厚度及形态的影响
4.3.7 超声促进Ni/Sn溶解机理
4.4 本章小结
第5章 超声对Al和 Ni母材在纯Sn钎料中的润湿性影响研究
5.1 润湿平衡原理
5.2 超声对Al/Sn体系润湿性影响
5.2.1 超声时间对Al/Sn体系润湿性的影响
5.2.2 超声功率对Al/Sn体系润湿性的影响
5.2.3 微观组织分析
5.2.4 超声作用促进Al/Sn体系润湿性机理
5.3 超声对Ni/Sn体系润湿性影响
5.3.1 超声时间对Ni/Sn体系润湿性的影响
5.3.2 超声功率对Ni/Sn体系润湿性的影响
5.3.3 微观组织分析
5.3.4 超声作用促进Ni/Sn体系润湿性的机理
5.4 本章小结
第6章 超声对Ni/Sn/Ni界面反应及力学性能的影响
6.1 引言
6.2 超声对Ni/Sn/Ni钎焊界面反应行为的影响
6.2.1 无超声作用Ni/Sn/Ni钎焊界面IMC生长动力学
6.2.2 超声作用对Ni/Sn/Ni钎焊界面IMC形貌的影响
6.2.3 超声作用下Ni/Sn界面反应机制
6.3 超声对界面Ni3Sn4晶粒形态的影响
6.4 超声对Ni/Sn/Ni接头力学性能的影响
6.4.1 超声辅助钎焊接头剪切强度
6.4.2 超声辅助钎焊Ni/Sn/Ni接头断口形貌
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3868228
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 超声在材料制备及焊接中的应用与研究现状
1.2.1 超声性质及分类
1.2.2 超声在金属凝固过程中的应用
1.2.3 超声在钎焊中的应用
1.3 超声辅助钎焊中液/固界面反应行为研究现状
1.3.1 液/固界面溶解行为
1.3.2 液/固界面润湿行为
1.3.3 液/固界面金属间化合物的形成
1.4 超声效应及数值模拟研究现状
1.4.1 超声在液体中的空化效应
1.4.2 超声在液体中的声流效应
1.4.3 超声在液体中的热效应
1.4.4 超声效应的数值模拟
1.5 技术路线及研究内容
1.5.1 技术路线
1.5.2 研究内容
第2章 实验材料、设备与研究方法
2.1 实验材料
2.2 实验设备
2.2.1 超声辅助钎焊设备
2.2.2 真空钎焊炉
2.2.3 浸入溶解实验设备
2.3 实验研究方法
2.3.1 浸入溶解实验
2.3.2 饱和溶解实验
2.3.3 润湿平衡实验
2.3.4 超声辅助钎焊Ni/Sn/Ni
2.4 微观组织分析
2.4.1 金相组织观察
2.4.2 SEM组织观察
2.4.3 XRD分析
2.5 性能测试
2.6 溶解量和界面金属间化合物厚度测量方法
2.6.1 溶解量测量
2.6.2 界面金属间化合物厚度测量
2.7 本章小结
第3章 超声波在母材和液态Sn钎料中传播特性的研究
3.1 超声作用下母材表面振动特性的研究
3.1.1 固体中的声波动方程
3.1.2 材料物理参数
3.1.3 模型的建立及边界条件的确定
3.1.4 超声作用下Al板表面振动分布
3.1.5 饱和溶解实验中1060Al板表面振动分布
3.1.6 超声作用下Ni板表面振动分布计算
3.1.7 超声参数对母材表面振动场分布的影响
3.2 液态Sn钎料中超声波振动传播特性
3.2.1 流体内的声波动方程
3.2.2 流场的控制方程
3.2.3 浸入溶解实验中Sn钎料内超声振动传播特性
3.2.4 饱和溶解实验中Sn钎料内超声振动传播特性
3.3 界面空化热效应
3.3.1 传热方程
3.3.2 模型的建立及边界条件的确定
3.3.3 Al丝界面处空化泡破裂后温度分布
3.4 本章小结
第4章 超声促进Al和 Ni母材在纯Sn钎料中溶解行为研究
4.1 引言
4.2 Al母材在熔融Sn钎料中的溶解行为
4.2.1 无超声作用下Al/Sn体系的溶解行为
4.2.2 超声作用下Al/Sn体系的溶解行为
4.2.3 超声功率对Al/Sn溶解的影响
4.2.4 Al/Sn溶解激活能的计算
4.2.5 有/无超声作用对Al/Sn溶解速率的影响
4.2.6 Al/Sn饱和溶解实验微观组织分析
4.2.7 超声促进Al/Sn溶解机理
4.3 Ni母材在熔融Sn钎料中的溶解行为
4.3.1 无超声作用下Ni/Sn体系的溶解行为
4.3.2 超声作用下Ni/Sn体系的溶解行为
4.3.3 超声功率对Ni/Sn溶解的影响
4.3.4 Ni/Sn溶解激活能的计算
4.3.5 有/无超声作用对Ni/Sn溶解速率的影响
4.3.6 超声作用对Ni/Sn界面IMC厚度及形态的影响
4.3.7 超声促进Ni/Sn溶解机理
4.4 本章小结
第5章 超声对Al和 Ni母材在纯Sn钎料中的润湿性影响研究
5.1 润湿平衡原理
5.2 超声对Al/Sn体系润湿性影响
5.2.1 超声时间对Al/Sn体系润湿性的影响
5.2.2 超声功率对Al/Sn体系润湿性的影响
5.2.3 微观组织分析
5.2.4 超声作用促进Al/Sn体系润湿性机理
5.3 超声对Ni/Sn体系润湿性影响
5.3.1 超声时间对Ni/Sn体系润湿性的影响
5.3.2 超声功率对Ni/Sn体系润湿性的影响
5.3.3 微观组织分析
5.3.4 超声作用促进Ni/Sn体系润湿性的机理
5.4 本章小结
第6章 超声对Ni/Sn/Ni界面反应及力学性能的影响
6.1 引言
6.2 超声对Ni/Sn/Ni钎焊界面反应行为的影响
6.2.1 无超声作用Ni/Sn/Ni钎焊界面IMC生长动力学
6.2.2 超声作用对Ni/Sn/Ni钎焊界面IMC形貌的影响
6.2.3 超声作用下Ni/Sn界面反应机制
6.3 超声对界面Ni3Sn4晶粒形态的影响
6.4 超声对Ni/Sn/Ni接头力学性能的影响
6.4.1 超声辅助钎焊接头剪切强度
6.4.2 超声辅助钎焊Ni/Sn/Ni接头断口形貌
6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3868228
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3868228.html