超聲作用對無釬劑無鉛焊點組織演變及可靠性影響的研究.pdf

1、施加超聲振動是鑄造領域已廣泛采用的一種可以細化晶粒,使晶粒取向趨于分散,并提高合金組織性能的方法。而Sn基釬料焊點中電遷移所造成的破壞程度與釬料中Sn的晶粒取向有著極大的關系。當Sn晶粒的c軸與電流方向一致時,Cu和Ni等原子延Sn晶粒的c軸迅速擴散導致電遷移失效。
　　本文系統(tǒng)地研究了超聲作用對純Sn及Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.％)(SAC305)釬料焊縫及塊體凝固行為、組織演變及性能的影響。并通過與水冷條件相對比,詳

2、細分析了施加超聲作用與單純增大過冷度對金屬凝固行為影響的聯(lián)系和區(qū)別,并結(jié)合EBSD IPF圖片中晶粒尺度結(jié)果運用計算得出了超聲作用下的局部過冷度數(shù)值,最終找到了最適宜的超聲功率密度值。對以后利用超聲作用提高焊點可靠性有著非常重要的意義。在焊縫凝固過程中持續(xù)施加超聲作用能夠使晶粒明顯細化,其中在經(jīng)過200W和267W超聲處理后 Cu/SAC305/Cu焊縫晶粒均可小于15μm,267W時晶粒平均截面積只有約175.31μm2,相對于不施加

3、超聲時降低了約99.6%。通過計算得出了 SAC305焊縫結(jié)構(gòu)中各超聲功率下的局部過冷度和壓強下限,在267W條件下,形核率為4.05×1014m-3s-1,?Tlocal約為248k,局部壓強約為18GPa。另外,本文詳細研究了持續(xù)超聲作用對焊縫和塊體不同結(jié)構(gòu)下凝固行為的影響。兩種結(jié)構(gòu)下,凝固溫度都隨超聲功率的提高而增大,但凝固時間卻是前者減小而后者增大。同時系統(tǒng)考查了超聲作用后焊縫與塊體的強度、硬度及抗老化性能。純Sn的焊縫的強度和

4、塊體硬度都有所提高,漲幅分別為35.8%和9%,這主要是因為超聲作用帶來的細晶強化作用以及Cu6Sn5化合物彌散分布起到的彌散強化作用;而SAC305的焊縫強度提高約15.0%,而焊縫與塊體硬度下降分別為9.2%和20.1%。原因晶粒細化后的強化作用被組織的不均勻性極大削弱,過高的超聲能量輸入會導致金屬間化合物,如Ag3Sn的粗化,弱化了組織的性能。16天老化后,經(jīng)過200W功率超聲處理后的焊縫界面IMC生長最為緩慢;而該功率下產(chǎn)生的超