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引线框架铜合金材料弯曲性能与焊接特性研究

作　者: 张国军
导　师: 苏娟华
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 引线框架材料弯曲成形性能无铅钎料时效界面金属间化合物剪切强度
分类号: TG146.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以Cu0.1Fe0.03P、Cu3.2Ni0.75Si、Cu0.36Cr0.03Zr及Cu0.38Cr0.17Sn 0.16Zn铜合金引线框架材料为研究对象,运用数值分析方法研究了铜合金引线框架材料的弯曲成形性能,探讨了不同成分铜合金基板/无铅钎料焊点界面金属间化合物的微观组织形貌及生长动力学,分析了Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn/ SnAg3.0Cu0.5钎焊搭接接头剪切性能及断口形貌。采用万能拉伸试验机对3种铜合金材料(Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn、Cu3.2Ni0.75Si、Cu0.1Fe0.03P)的拉伸试样进行拉伸试验,根据拉伸曲线得到数值模拟过程中所应用的屈服极限、强度极限等相关参数,然后运用Eta/Dynaform数值分析软件对铜合金框架材料的弯曲成形性能和弯曲回弹量进行分析。结果表明,Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn合金的最小相对弯曲半径和回弹量最小,弯曲成形性能最好;Cu0.1Fe0.03P合金次之,Cu3.2Ni0.75Si合金最差;运用数值分析的手段分析铜合金的弯曲成形性能是可行的,为后续生产过程中对新引线框架材料的弯曲成形性能的测试提供一种更为高效率、低成本的试验方法。采用3种不同成分的铜合金框架材料(Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn、Cu0.36Cr0.03Zr、Cu0.1Fe0.03P)分别与SnAg3.0Cu0.5钎料进行钎焊实验,采用扫描电镜、能谱分析等手段对其焊点时效前后界面金属间化合物(IMC)的厚度及形貌进行分析对比,同时对焊点界面IMC的生长动力学模型进行了探讨。结果表明,3种铜合金/SnAg3.0Cu0.5钎焊焊点未经时效的界面微观组织相似;焊点在160℃恒温时效300h后,Cu0.1Fe0.03P合金、Cu0.36Cr0.03Zr合金、Cu0.38Cr0.17Sn 0.16Zn合金与SnAg3.0Cu0.5焊膏的界面IMC厚度分别为8.7μm、7.4μm、6.2μm,其成分主要为Cu6Sn5,靠近铜合金一侧均有少量Cu3Sn生成;Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn合金的焊接可靠性好于Cu0.1Fe0.03P合金和Cu0.36Cr0.03Zr合金。同时探讨了Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn合金中Zn元素对界面IMC生长速度的影响,表明Zn元素的添加在一定程度上可以减缓焊点服役状态下的生长速度,进而减缓其焊点焊接可靠性降低速度。在研制新型铜合金框架材料的时候可以考虑一定量的Zn元素的添加来保证铜合金钎焊性能的提高。针对高强高导引线框架用Cu0.38Cr0.17Sn0.16Zn合金与SnAgCu无铅钎料采用搭接接头进行钎焊,采用扫面电镜及能谱分析等手段研究分析了160℃时效不同的时间对接头剪切强度及剪切断口形貌的影响。结果表明,随着时效时间的延长,界面处脆性相金属间化合物的不断生长,界面应力逐渐增加,钎焊接头的剪切强度逐渐增大到一定程度后下降,时效初期断裂发生在钎料基体内部;时效至300h,断裂发生位置由焊料基体内部逐渐向基板与金属间化合物的界面处转移,接头断裂形式也由塑性断裂向脆性断裂转变。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 铜合金引线框架材料的开发和研究概况  9-11
    1.2.1 国外铜合金引线框架材料的发展概况  9-10
    1.2.2 国内铜合金引线框架材料的发展概况  10-11
  1.3 铜合金材料弯曲成形性能和基板/钎料界面IMC 研究概况  11-14
    1.3.1 引线框架铜合金弯曲成形性能研究现状  11-12
    1.3.2 基板/钎料界面IMC 研究概况  12-14
  1.4 本课题的主要研究内容  14-15
第2章引线框架铜合金材料弯曲成形性能数值分析  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 弯曲成形性能数值分析  15-24
    2.2.1 弯曲成形工艺分析  15-17
    2.2.2 弯曲成形有限元建模  17-18
    2.2.3 弯曲成形应变分布及成形结果  18-22
    2.2.4 弯曲回弹分析  22-23
    2.2.5 弯曲成形性能  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章铜合金与 SnAg3.0Cu0.5 的界面组织及生长动力学  25-39
  3.1 引言  25
  3.2 实验材料及方法  25-27
    3.2.1 实验材料  25-26
    3.2.2 钎焊实验样品制备  26-27
    3.2.3 基板/钎料界面试样制备与显微观察  27
  3.3 实验结果  27-37
    3.3.1 时效前3 种铜合金基板/SnAg3.0Cu0.5 界面显微组织  27-29
    3.3.2 时效后3 种铜合金基板/SnAg3.0Cu0.5 界面显微组织  29-31
    3.3.3 分析与探讨  31-37
  3.4 本章小结  37-39
第4章 CuCrSnZn/SnAgCu 钎料接头剪切性能及断口形貌  39-45
  4.1 引言  39
  4.2 实验材料与方法  39-41
    4.2.1 实验材料  39-40
    4.2.2 剪切测试试样制备  40
    4.2.3 剪切强度测试及断口形貌显微观察  40-41
  4.3 实验结果  41-44
    4.3.1 剪切强度变化规律分析  41-42
    4.3.2 剪切断口形貌变化规律分析  42-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章结论  45-47
参考文献  47-50
致谢  50-51
攻读硕士学位期间的研究成果  51

引线框架铜合金材料弯曲性能与焊接特性研究

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