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电磁压制与烧结工艺对无镉中温银基钎料性能的影响

电磁压制与烧结工艺对无镉中温银基钎料性能的影响

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作者：高歌武汉理工大学

学位级别：硕士

无铅无镉钎焊材料是全球性的环保发展需求,在计算机、汽车、航空航天等领域中的微电子产品封装和一些特殊材料的焊接方面具有广阔应用前景。如何高效率低成本地制造性能优良的环保钎料一直是企业界和学术界致力解决的关键问题。近年来,... 详细信息

无铅无镉钎焊材料是全球性的环保发展需求,在计算机、汽车、航空航天等领域中的微电子产品封装和一些特殊材料的焊接方面具有广阔应用前景。如何高效率低成本地制造性能优良的环保钎料一直是企业界和学术界致力解决的关键问题。近年来,用电磁压制方法制备环保钎焊材料薄片是一种新的探索,可有效回避传统方法因熔炼、凝固产生大量脆性相导致后续成形加工难以进行的瓶颈问题,且压制模具可直接根据封装产品形状、尺寸进行设计,压制成形的钎料经烧结后即可直接用于钎焊封装工序,在满足微电子封装用钎焊材料多样性需求的同时,也简化了后续工艺、降低了生产成本。本文将电磁成形与粉末冶金技术结合,充分利用各自的特点与优势,采用电磁压制方法制备微电子封装所用的环保钎焊材料,不仅能够较好地解决环保钎料难以加工成形的难题,还能通过提高压坯压制密度和致密均匀性来进一步改善钎料最终的焊接性能。探索了一种优质高效的环保钎料制备新技术,对推进微电子封装产业的发展、丰富难成形材料制备加工理论与方法具有重要意义和经济价值。本文采用理论分析、工艺实验和微观分析的方法对粉末电磁压制压坯和液相烧结体进行了系统的研究。以钎料性能和环境保护作为研究目的,通过分析各元素对钎料性能的影响,确定BAg44Cu28Zn25Sn3无镉中温银基钎料作为研究对象,在低电压电磁脉冲成形机上进行电磁压制,通过观察不同放电电压下压坯的断口形貌,采用控制变量法计算不同放电电压以及储能电容下压坯的密度,分析多金属混合粉料高速压制成形的机理与规律,有针对性地构建高速率压型方程,为多金属混合粉料高速压制过程的模拟分析提供模型与方法。结果显示随着放电电压的增大,电磁脉冲力不断增大,压坯内的粉末颗粒结合越紧密颗粒变形越小,压坯致密性越好;放电电容越大,电磁脉冲力增大的同时也延长了压制时间,致使压坯密度出现先增大后减小的趋势。电磁压制后的压坯在SX2-4-10箱式节能电阻炉中采用氩气的保护气氛进行液相烧结,以烧结温度和烧结时间为变量,结合烧结体密度计算、显微硬度测量、显微组织及断口形貌分析、EPMA面分布分析、XRD物相测试及相图分析,讨论了烧结工艺参数对烧结体性能的影响,为合理制定烧结工艺提供了参考。结果显示烧结温度增加保温时间减小会使烧结体内孔洞变小变少,显微组织细化,元素分布均匀,组成成分和内部组织越接近于完全合金化的烧结体,性能越好。

关键词：无镉银基钎料粉末冶金电磁压制液相烧结

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电磁压制无镉中温银基钎料压型方程的研究

电磁压制无镉中温银基钎料压型方程的研究

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作者：程呈武汉理工大学

学位级别：硕士

本论文研究Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料,探索Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料的制备新技术,获取Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料电磁压制的实验数据,选择国标配比的BAg45CuZnSn银基钎料为研究对象,并在该成分附近选取四种成分配比的银基钎料,含银... 详细信息

本论文研究Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料,探索Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料的制备新技术,获取Ag-Cu-Zn-Sn系中温银基钎料电磁压制的实验数据,选择国标配比的BAg45CuZnSn银基钎料为研究对象,并在该成分附近选取四种成分配比的银基钎料,含银量分别为44%,45%,46%,47%,进行电磁压制成形实验,制备厚度为1mm,2mm的圆形压坯,记录实验数据,构建压型方程,揭示银基钎料电磁压制成形的规律。采取理论分析与工艺实验相结合的研究方法,利用ORIGIN软件拟合曲线。由放电能量及能量利用率确定电磁成形力,结合动量定理与动能定理推导成形力与冲头向下运动速度、及运行距离之间的关系式。根据金属粉末的变形原理,结合粉末在电磁压制中的变化过程,将粉体视为流体弹塑性介质。对放电回路的分析,采用自然应变的概念,通过应变压坯高度表示法,得到成形力与粉末松装密度、压坯理论密度、压坯密度、冲头获得运动速度之间的关系。确定的银基钎料粉末电磁压制理论方程为根据粉末成分配比以及各组成元素的密度计算压坯的理论密度、理论尺寸,实验测得粉末的松装密度,测量压坯的平均厚度计算压坯密度,根据电磁成型机的设备参数,选定适合的电容与电压组合。通过origin （?）钦件建立log F与与时间t关系曲线方程。确定M值与n值,M=1.560×107、n=1.523以及ε的方程式。由（σ-Mεn,ε）构建方程曲线确定η、k,η=1.618×1095,k=-0.362。故电磁压制无镉中温银基钎料压型方程为本文揭示不同压制速率下金属混合粉末的综合动力学行为,构建高速率压型方程,为电磁压制工艺的数值模拟分析提供数学模型和参数,提高数值仿真的准确性和可靠性,为工艺设计提供一种合理和经济的手段。

关键词：无镉银基钎料电磁压制压型方程

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钎料薄片电磁压制平面用螺旋线圈及放大器的优化研究

钎料薄片电磁压制平面用螺旋线圈及放大器的优化研究

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作者：王颖武汉理工大学

学位级别：硕士

钎焊广泛应用于国防、汽车、航空航天和微电子封装领域,传统钎料为改善其焊接性能与制备加工性能,多含有镉、铅等有害元素,不利于全球可持续发展的环保需求。为此,无铅、无镉环保钎料的研发与应用得到了世界各国的广泛关注与高度重视,... 详细信息

钎焊广泛应用于国防、汽车、航空航天和微电子封装领域,传统钎料为改善其焊接性能与制备加工性能,多含有镉、铅等有害元素,不利于全球可持续发展的环保需求。为此,无铅、无镉环保钎料的研发与应用得到了世界各国的广泛关注与高度重视,但环保钎料薄片用传统方法制备时,由于产生了大量的合金化脆性相,导致其成形加工性能差,很难加工成薄片。鉴于此,本课题组提出粉末电磁压制加烧结的制备工艺,从而回避传统方法因先合金化导致其后续成形加工困难的难题。新的制备工艺下,粉末电磁压制密度直接影响钎料的焊接性能,而线圈和放大器是影响钎料压制密度的两个关键因素。因此有必要系统研究线圈与放大器对电磁压制过程的影响,提高压制粉末的致密度,改善钎料的综合性能,为电磁压制工艺装置优化设计提供理论依据。本文首先介绍了银基环保钎料的研究和应用现状、电磁成形技术的特点以及线圈与放大器的结构形式和主要功能;然后分析了电磁场有限元分析的基本理论,采用ANSYS有限元软件建立了平面螺旋线圈的电磁场分析模型,分析结果表明,平面螺旋线圈的受力在半径1/2处最大,两侧随距离延伸逐渐减小;针对导线截面尺寸比例、线圈与驱动片的距离、线圈匝间距、线圈与驱动片的尺寸比例、作用时间与驱动片冲量之间的非线性关系,采用BP神经网络建立了其关系模型;分析了上述各参数对驱动片冲量的影响,采用粒子群算法进行优化,结果表明:线圈截面尺寸比例为2.4,线圈与驱动片的距离为1.2mm,线圈匝间距为0.7mm,线圈与驱动片的尺寸比例为0.5,作用时间为3?10s条件下,驱动片冲量最大;建立了电磁压制成形的有限元模型,将电磁场分析中得到的驱动片受力映射到电磁压制过程中,研究放大器锥角对电磁压制过程的影响规律,讨论了不同锥角放大器条件下压制冲头的受力情况,得到放大器锥角为45°时,传递到冲头上能量最大,最有利于粉末压制成形。

关键词：无镉银基钎料粉末冶金电磁压制有限元模拟 PSO优化算法

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