Spindt型场发射阵列阴极的焊接技术研究

发布时间：2017-09-14 02:18

  本文关键词：Spindt型场发射阵列阴极的焊接技术研究

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【摘要】：Spindt型阴极是十分理想的电子源,它所制造的真空微电子器件兼有固体器件和电真空器件的特点,是一种工作在场致发射下的冷阴极,可实现瞬时启动,其具有抗辐射、大功率、体积小和集成化等优点。但该阴极不能直接应用于实际中,由于阴极本身很脆,遭到外界摩擦膨胀后容易破坏,并且无法通电。因此,需要在硅片焊接钼片,钼具有热膨胀系数低,热传导率高,电阻率低,耐高温,化学性质稳定等优点。其一方面可起到保护硅片的作用,便于阴极的固定;另一方面阴极需要外部电路供电,以实现阴极发射电子的功能。由于焊料易使硅片撕裂,所以采用在硅片上镀一层钼保护层,起到阻隔钎料的作用。利用仿真软件模拟分析与试验相结合的方法,研究钎焊工艺参数降温速度、钎焊温度、施加压力、钎料层厚度和钼层厚度对钎焊的影响,利用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析仪对接头进行检测。最后还对部分式样进行了热疲劳试验。本文研究的主要内容和结论如下:(1)利用ANSYS软件模拟仿真钎焊,研究降温速度、钎焊温度、施加压力和钎料层厚度对钎焊的影响。由模拟分析得:最大等效应力先随着降温速度的增大而增大,当达到某一值时,其最大等效应力随之减低,当降温速度超过25℃/min时,其最大等效应力水平很低;随着钎焊温度的升高,其最大等效应力随之减小,当达到850℃附近时,钎焊最大等效应力又随着钎焊温度的升高而增大;在焊接件上施加压力时其最大等效应力值最小,随着施加压力的增大,其应力也随之变大;随着钎料厚度的增大,其最大等效应力也随着增大。(2)显微结构分析表明,在硅上镀一层钼,可以有效的改善接头的质量。母材、镀层和钎料均会发生一定程度的扩散,当钎料扩散到镀层时,结合良好;当钎料扩散至母材硅时,结合很差。所以希望在保证镀钼层结合良好的情况下,尽可能的增加镀层钼的厚度。(3)对钎焊接头的热疲劳试验表明:在0到400的温度范围内施加热循环,循环次数为20次后,由扫描电子显微镜可以看出,镀层与基体和焊缝结合良好。通过软件仿真与实验验证,钎焊接头检测结果与仿真模拟结果吻合。证明了本方案的可行性,促进了有限元法在钎焊中的应用,为硅钎焊提供了技术指导,扩大了硅材料在工程中的应用。
【关键词】：场发射 硅 钼 钎焊 应力
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG44
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景10-12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 Spindt型场发射阵列阴极的研究现状12-13
• 1.2.2 焊接技术研究现状13-14
• 1.2.3 焊接数值模拟国内外研究概况14-18
• 1.3 研究目的与意义18
• 1.4 本论文主要研究内容与结构安排18-20
• 1.4.1 本论文主要研究内容18-19
• 1.4.2 本论文的结构安排19-20
• 第二章 钎焊热应力仿真建模20-29
• 2.1 有限元法介绍20
• 2.2 ANSYS软件介绍20-21
• 2.3 焊接过程中温度场分析的理论基础21-23
• 2.3.1 传热学经典理论21
• 2.3.2 钎焊温度场问题的基本方程21-23
• 2.4 焊接过程中应力场分析的理论基础23-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 Spindt型阴极焊接模拟29-48
• 3.1 ANSYS模拟仿真流程29-33
• 3.2 钎焊温度场分析33-38
• 3.2.1 钎焊温度场分布34-36
• 3.2.2 焊件上各节点的温度时间变化历程36-38
• 3.3 钎焊应力场结果分析38-47
• 3.3.1 钎焊应力分布状况39-42
• 3.3.2 降温速度影响42-43
• 3.3.3 钎焊温度的影响43-45
• 3.3.4 压力影响45-46
• 3.3.5 钎料层厚度影响46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 硅钼的钎焊试验48-60
• 4.1 硅钼的钎焊原理48-49
• 4.2 实验条件及前期处理49-52
• 4.2.1 实验设备49-50
• 4.2.2 实验材料及处理50-52
• 4.3 钎焊试验52-59
• 4.3.1 钛粉末法52-54
• 4.3.2 蒸镀钎料法54-55
• 4.3.3 镀钼层法55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 钎焊接头的质量检测60-77
• 5.1 钎焊接头的检测技术60
• 5.2 宏观组织观察60-64
• 5.3 接头区显微分析64-73
• 5.3.1 接头区微观结构（SEM）分析64-67
• 5.3.2 接头区金相显微镜分析67-69
• 5.3.3 接头区元素分布（EDS）分析69-73
• 5.4 Spindt型场发射阵列阴极的热疲劳性能73-76
• 5.4.1 实验方案74-75
• 5.4.2 实验结果及分析75-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 研究结论与展望77-80
• 6.1 研究结论77-78
• 6.2 硅钼焊接技术展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 代令;祁康成;林祖伦;陈文彬;李东方;;LaB_6场发射阵列牺牲层制备工艺[J];强激光与粒子束;2009年06期

2 姜幼卿;辜磊;刘建华;;厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟[J];焊接学报;2006年06期

3 刘卫华,朱长纯,曾凡光,王琪琨,皇甫鲁江;水溶胶法碳纳米管薄膜及其场发射稳定性和寿命[J];电子学报;2005年11期

4 王娟,李亚江,吴会强,刘强;Fe_3Al/Q235异种材料扩散焊工艺[J];焊接;2003年04期

5 张初冬;;焊接热场的三维有限元分析[J];大连铁道学院学报;1992年03期

6 唐慕尧,楼志文,芮树祥,忻鼎乾;单面焊时终端裂纹的研究[J];焊接学报;1986年03期

7 陈楚;汪建华;杨洪庆;;水下焊接冷却特性的有限元分析[J];海洋工程;1983年04期

8 陈楚,汪建华,杨洪庆;非线性焊接热传导的有限元分析和计算[J];焊接学报;1983年03期

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1 黎江;三维焊接热应力和残余应力演化虚拟分析技术研究[D];广西大学;2002年

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