电磁压制Cu@Ag复合焊片制备及性能研究
发布时间：2021-01-30 09:10
在高温电子封装领域,现有的高温钎料已经无法实现“低温连接,高温服役”的技术要求,目前研究方向主要集中在瞬时液相连接和粉末固相烧结两方面。但是两者都存在难以解决的问题,如高孔隙率,金属间化合物的硬脆性,铜的易氧化性和银的电迁移失效等问题。因此,研究一种能有效降低焊接接头孔隙率、不引入金属间化合物、具有优良性能的高温互连材料将会极大推动高温电子封装技术的进展。本工作使用化学还原法,制备出纳米级和微米级的复合Cu@Ag粉末,研究分散剂和还原剂对合成粉末形貌粒径的影响规律,阐明其化学还原过程及沉积机理。利用电磁压制技术,高效制备致密的Cu@Ag复合焊片,探究电磁压制电压对焊片内外组织及性能的影响规律。通过热压烧结成功制备出结合强度高达50MPa的铜银复合焊点接头,借助扫描电镜和透射电镜研究焊缝组织的形貌、相组成和微/纳缺陷,揭示接头的断裂路径及断裂机理。在制备纳米级Cu@Ag粉末实验中,以聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂,次磷酸钠作为还原剂,使两者与主盐硫酸铜的质量比分别为3:2和1:1的条件下,成功制备出均一性良好的60-80nm类球状铜粉。并以柠檬酸钠同时作为配位剂及弱还原剂,原位制备出银含量达到...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验技术路线图
14表2-5微米镀银铜粉所需要的其他设备设备名称型号生产公司隔膜真空泵GM-0.33A天津津腾2.3电磁压制Cu@Ag复合焊片的制备2.3.1电磁压制实验装置电磁压制实验使用的设备为WG-IV电磁成形机，设备最大储存能量60KJ，固定电容为440μF，实物图及原理图如下图2-2所示。WG-IV型电磁成形机主要由四个部分系统所组成：电源充能系统、电容储能系统、成形加工系统以及辅助控制系统。为了探究合适的压制能量，实验中采用控制变量法，控制电容保持不变，通过改变电压探究最佳工艺。在实验过程中，首先在进行充电之前通过控制系统预先设置充电电压，充电后可以进一步通过电用万能表对充电电压进行准确测量，这样能够准确地控制实际电压，以进行一系列准确的控制变量实验。图2-2粉末压制电磁成形机实物照片及原理图2.3.2电磁压制放电线圈设计在粉末电磁压制实验中，放电线圈的作用是将充电后电容器存储的电能转换为磁场能。而放电线圈的构造尺寸、材料性能和加工质量等影响着充电过程后电磁的分布情况和瞬时放电过程中的能量损耗。在本实验中采用平面螺旋状线圈，由矩形或类圆形截面的线圈材料围绕一圆心点螺旋环绕制成的，由于加工工艺较为简单且线圈内部磁场分布较为均匀的特点被广泛应用于冲压类电磁成型实验中。因为在电磁压制过程中会产生巨大的瞬时电流和压力，为避免线圈在加工及压制过程中因过大内应力损坏，并降低放电过程中产生的过量电阻热，线圈原料选择高塑韧性、低电阻率的T2紫铜。加工过程中，使用8mm紫铜板由线切割制得到平面螺旋线圈，其线圈匝数是12，截面尺寸是6mm×2mm的矩形。线圈的具体物理及结构参数如表2-6所示。
15表2-6粉末电磁压制平面螺旋线圈参数电阻（mΩ）电感（μF）电导率（mm）磁导率(H/m)匝间距(mm)导线尺寸(mm)起点距圆心(mm)18.646.126.85e71.26e-61.5262为防止线圈各匝之间在重放电过程中发生短路，并使整个线圈有较高的强度和高温耐用性，实验中用30mm聚四氟乙烯板为线圈制备出一个模具外壳以在使用过程提高线圈的可靠性，如图2-3所示。随后，将线圈固定在聚四氟乙烯模具中后，使用环氧树脂AB胶（A、B组分1:3比例）均匀混合后对其进行封装，并在外侧附上一片3mm厚的绝缘电木板将紫铜线圈完全封装在内部。图2-3紫铜线圈及聚四氟乙烯模具实物照片2.3.3电磁压制实验驱动片设计本工作中，粉末电磁压制是通过储能线圈在放电过程中将电磁力作用于一驱动片，随后驱动片再将力作用于凸模以完成整个加工过程的，即当放电开关闭合后，原本储存在平面螺旋线圈中的巨大电能瞬间释放，使周围产生巨大的磁场以形成电磁力，最后再作用于凸模。根据电磁成形理论结合能量损耗可以得出凸模获得的能量为：12（2-1）式中：W为凸模受到的能量；C为储能电容；U为放电电压；k为能量传导效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ag-Cu钎料粉末压制致密化行为[J]. 刘运展,胡建华,黄尚宇,胡飞,丁鹏飞,李鑫. 锻压技术. 2018(04)
[2]基于电磁压制的Ag-Cu-Ge钎料合金成形工艺[J]. 许兰娇,黄尚宇,郑菲,雷雨,周梦成,刘俐. 锻压技术. 2017(09)
[3]Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料新加工工艺及其组织性能研究[J]. 廖行,黄尚宇,王苇,王颖,周梦成,雷雨. 热加工工艺. 2016(23)
[4]Ag2O焊膏中添加镀银铜粉的低温烧结连接及其性能[J]. 赵振宇,母凤文,邹贵生,刘磊,闫久春. 焊接学报. 2014(02)
[5]高温电子封装无铅化的研究进展[J]. 马良,尹立孟,冼健威,张新平. 焊接技术. 2009(05)
[6]金锡焊料及其在电子器件封装领域中的应用[J]. 周涛,汤姆·鲍勃,马丁·奥德,贾松良. 电子与封装. 2005(08)
[7]金锡钎料性能及应用[J]. 刘泽光,陈登权,罗锡明,许昆. 电子与封装. 2004(02)
本文编号：3008644
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验技术路线图
14表2-5微米镀银铜粉所需要的其他设备设备名称型号生产公司隔膜真空泵GM-0.33A天津津腾2.3电磁压制Cu@Ag复合焊片的制备2.3.1电磁压制实验装置电磁压制实验使用的设备为WG-IV电磁成形机，设备最大储存能量60KJ，固定电容为440μF，实物图及原理图如下图2-2所示。WG-IV型电磁成形机主要由四个部分系统所组成：电源充能系统、电容储能系统、成形加工系统以及辅助控制系统。为了探究合适的压制能量，实验中采用控制变量法，控制电容保持不变，通过改变电压探究最佳工艺。在实验过程中，首先在进行充电之前通过控制系统预先设置充电电压，充电后可以进一步通过电用万能表对充电电压进行准确测量，这样能够准确地控制实际电压，以进行一系列准确的控制变量实验。图2-2粉末压制电磁成形机实物照片及原理图2.3.2电磁压制放电线圈设计在粉末电磁压制实验中，放电线圈的作用是将充电后电容器存储的电能转换为磁场能。而放电线圈的构造尺寸、材料性能和加工质量等影响着充电过程后电磁的分布情况和瞬时放电过程中的能量损耗。在本实验中采用平面螺旋状线圈，由矩形或类圆形截面的线圈材料围绕一圆心点螺旋环绕制成的，由于加工工艺较为简单且线圈内部磁场分布较为均匀的特点被广泛应用于冲压类电磁成型实验中。因为在电磁压制过程中会产生巨大的瞬时电流和压力，为避免线圈在加工及压制过程中因过大内应力损坏，并降低放电过程中产生的过量电阻热，线圈原料选择高塑韧性、低电阻率的T2紫铜。加工过程中，使用8mm紫铜板由线切割制得到平面螺旋线圈，其线圈匝数是12，截面尺寸是6mm×2mm的矩形。线圈的具体物理及结构参数如表2-6所示。
15表2-6粉末电磁压制平面螺旋线圈参数电阻（mΩ）电感（μF）电导率（mm）磁导率(H/m)匝间距(mm)导线尺寸(mm)起点距圆心(mm)18.646.126.85e71.26e-61.5262为防止线圈各匝之间在重放电过程中发生短路，并使整个线圈有较高的强度和高温耐用性，实验中用30mm聚四氟乙烯板为线圈制备出一个模具外壳以在使用过程提高线圈的可靠性，如图2-3所示。随后，将线圈固定在聚四氟乙烯模具中后，使用环氧树脂AB胶（A、B组分1:3比例）均匀混合后对其进行封装，并在外侧附上一片3mm厚的绝缘电木板将紫铜线圈完全封装在内部。图2-3紫铜线圈及聚四氟乙烯模具实物照片2.3.3电磁压制实验驱动片设计本工作中，粉末电磁压制是通过储能线圈在放电过程中将电磁力作用于一驱动片，随后驱动片再将力作用于凸模以完成整个加工过程的，即当放电开关闭合后，原本储存在平面螺旋线圈中的巨大电能瞬间释放，使周围产生巨大的磁场以形成电磁力，最后再作用于凸模。根据电磁成形理论结合能量损耗可以得出凸模获得的能量为：12（2-1）式中：W为凸模受到的能量；C为储能电容；U为放电电压；k为能量传导效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ag-Cu钎料粉末压制致密化行为[J]. 刘运展,胡建华,黄尚宇,胡飞,丁鹏飞,李鑫. 锻压技术. 2018(04)
[2]基于电磁压制的Ag-Cu-Ge钎料合金成形工艺[J]. 许兰娇,黄尚宇,郑菲,雷雨,周梦成,刘俐. 锻压技术. 2017(09)
[3]Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料新加工工艺及其组织性能研究[J]. 廖行,黄尚宇,王苇,王颖,周梦成,雷雨. 热加工工艺. 2016(23)
[4]Ag2O焊膏中添加镀银铜粉的低温烧结连接及其性能[J]. 赵振宇,母凤文,邹贵生,刘磊,闫久春. 焊接学报. 2014(02)
[5]高温电子封装无铅化的研究进展[J]. 马良,尹立孟,冼健威,张新平. 焊接技术. 2009(05)
[6]金锡焊料及其在电子器件封装领域中的应用[J]. 周涛,汤姆·鲍勃,马丁·奥德,贾松良. 电子与封装. 2005(08)
[7]金锡钎料性能及应用[J]. 刘泽光,陈登权,罗锡明,许昆. 电子与封装. 2004(02)
本文编号：3008644
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