高铟高锡银基钎料电磁压制致密化行为研究

发布时间：2020-07-13 01:33

【摘要】：微电子产业目前已成为世界最重要的产业之一,与此同时用于微电子封装的钎料研究也成为备受关注的研究方向。熔点在450℃至600℃之间的电子元器件用中温银基钎料一直是各国的热门研究课题。通过在Ag-Cu系钎料中添加低熔点金属是降低钎料熔点的常用方法,各国对于Ag-Cu-In-Sn钎料的研究表明在Ag-Cu系钎料中添加Sn和In能够有效降低钎料熔点和钎焊最低温度,但过高的Sn和In含量会导致钎料中脆性相的生成,并且当Sn、In含量之和大于20%时采用传统加工方法难以制备成材。本文采用电磁压制新型钎料制备方法对高铟高锡银基钎料进行制备,通过极大的成形压力和极短的成形时间使该钎料的加工性得到提升并减少其脆性相的生成。目前对于电磁成形粉末压制的研究方法主要为实验和有限元仿真,有限元法的连续体假设与实际粉末颗粒的离散体性质不相符,其仿真精度无法得到保证,本文采用离散元法对电磁压制钎料粉末进行仿真,从细观角度对压制过程的粉末流动、应力和致密度进行研究分析。本文的主要工作内容有:对Ag-Cu-In-Sn钎料电磁压制成形的放电回路、电磁场及基于离散元理论的粉末压制进行仿真,从细观角度解释高铟高锡银基钎料致密化行为,探究其致密化机理。研究不同In、Sn含量对电磁压制制备AgCu-In-Sn钎料压坯致密度的影响,系统研究放电参数、颗粒接触特性、摩擦及压制方式对电磁压制钎料压坯致密度和致密度均匀性的影响,优化Ag-Cu-In-Sn钎料成分和电磁成形工艺参数。对放电回路和电磁场的研究表明:电容越大,电流的振荡周期越大,电容不影响电流加载;电压越大回路电流幅值越大,电压对电流周期无影响;电容和电压对振荡电磁力的影响规律和对回路电流的影响规律相似。对高铟高锡钎料粉末电磁压制的研究表明:在相同压制力下,In含量越高所获得的钎料压坯致密度越高;在放电总能量相同的条件下,较大电压的放电方案能使钎料压坯致密度更高。在颗粒接触特性中,静摩擦系数和恢复系数对钎料压坯致密度影响较大,刚度系数和滚动摩擦系数对压坯致密度影响较小。摩擦系数越小,压坯致密度越高;摩擦系数为0.06时压坯致密度均匀性最高;颗粒间摩擦比颗粒与模壁间摩擦对压坯致密度影响更大。压制相同致密度钎料压坯,双向压制比单向压制能获得致密度均匀性更好的钎料。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG425
【图文】：

图 1-1 动磁压制技术图 1-2 DMC 技术制备压坯致密度压制即平板线圈电磁压制，其工装如图 1-3 所示，成形原理为电电，驱动片内产生强大感应电流并推动冲头向下高速运动压制，该技术与直接电极接触法相比的优势在于不需要金属粉末自

7图 1-2 DMC 技术制备压坯致密度轴向压制即平板线圈电磁压制，其工装如图 1-3 所示，成形原理为电极向圈放电，驱动片内产生强大感应电流并推动冲头向下高速运动压制模具颗粒，该技术与直接电极接触法相比的优势在于不需要金属粉末自身能因此可适用于金属、陶瓷等粉末的成形。美国圣地亚哥州立大学.Olevsky 等人[35]对氧化铝粉末进行了单轴电磁压制，其孔隙率降低了5～6内，武汉理工大学黄尚宇等人[36-37]采取小电压大电容的放电方案进行了磁压制铝粉并获得了致密度 99%的铝箔，对 TiO2 陶瓷粉末进行电磁压制结工艺得到了致密度 98.5%的陶瓷制件。电磁压制粉末成形工艺的关键优（1）加工时间极短，缩短了生产周期，提高生产效率；（2）粉末颗粒运最大可达传统压制方式的 1000 倍，能够制备致密度极高的制件；（3）脉用下成形过程只有微秒级，颗粒间不易发生反应，能够保证优良显微结构

图 1-3 轴向电磁压制工装国内外粉末仿真研究进展统的粉末压制工艺设计和模具设计通常都是采用经验试错法，不试验延长了研发周期，而且不能观测到粉末压制过程的微观组织行为和应力分布，无法在烧结工艺进行前预测压坯的性能和潜在机技术的发展和普及，各国学者开始将数值仿真技术应用在粉末多种粉末压制模型构建的力学方法，并根据粉体的实际受力和变多种本构模型和接触模型。利用数值模拟软件强大的后处理分析，研究人员能深入研究粉末压制过程的颗粒变形、粉末流动行为及状态，模拟软件可以记录压制过程中每一时间步的信息，方便对粉重排、塑性变形和破裂三个阶段进行相应研究。通过对模具参数和变，可以快速获得制备更高致密度的压坯的工艺方法，并对各因素响分析得到材料致密化机理，能更好地预测压制过程中可能存在避免。

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本文编号：2752763