CFRTP/Al非接触超声辅助激光连接工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金(Al)组成的叠层结构广泛应用于航空航天、汽车等领域,实现CFRTP/Al叠层的非破坏、高可靠连接是保证装备使役性能的关键。激光连接技术以其能量密度集中、效率高、易于实现自动化等优点已成为CFRTP/Al异种材料连接的热门技术,但CFRTP对温度敏感,在激光连接时易过热分解产生孔隙,接头固化后孔隙存留在接头内形成缺陷显著降低了接头性能。超声辅助激光连接通过在金属侧以接触形式施加超声,有效减少了接头内孔隙。但对于CFRTP/Al叠层,由于CFRTP透光性差,激光需从金属侧施加,超声若以接触形式施加于CFRTP侧,超声的高频振动会使工件各接触面剧烈摩擦,产生大量热量,从而加剧接头的热损伤,进而降低接头性能。本文研究了非接触超声辅助激光连接工艺,对比了不同超声施加形式下的接头外观与接头性能,并进一步分析了工艺参数对接头性能的影响,发现以非接触形式施加超声后接头性能最大约为3kN,相比未施加超声接头的性能提高了约1倍,接头性能提升效果随超声作用距离增大而降低,随超声频率增大而增大,但超声频率约为26 kHz时提升效果降低。

面向电子制造的功率超声微纳连接技术进展

为满足电子制造与封装对新材料与工艺的迫切需求,尤其是高功率、高温服役、高集成度以及高可靠性等新型器件的连接难题,开发了面向电子制造的功率超声微纳连接技术。从固相键合、超声复合钎焊和超声纳米连接3个方面,综述了面向电子制造的功率超声微纳连接技术的原理方法、优势与应用场合。功率超声由于其表面清洁、声流和空化作用,将大幅提升冶金反应速率,有效解决了传统TLP反应温度高时间长,以及Cu和Al等金属的易氧化等问题,甚至攻克了Al2O3,AlN,SiC等陶瓷基板的难润湿以及低温纳米颗粒烧结驱动力不足的难题。综述了该领域多年来的研究成果,聚焦电子制造中的功率超声微纳连接技术,从固相连接领域的引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造,到钎焊领域的超声低温软钎焊、超声中高温连接以及超声瞬态液相连接,最后针对第三代半导体高功率器件简述了超声纳米连接,探讨了功率超声微纳连接技术的研究进展及趋势。

超声辅助激光连接金属与塑料试验分析

采用响应曲面设计方法 RSM (Response Surface Methodology)对超声辅助激光焊接钛和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的参数进行优化,主要研究了激光功率、超声振幅和间歇性超声作用时间对接头强度,气泡缺陷及焊接过渡层厚度的影响.并利用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了超声波作用时间和振幅对连接界面有益化学键形成的影响.结果表明,激光功率、超声振幅和超声作用时间对焊接强度的影响规律是相同的,即在达到最大值之后,随着参数值的增加而减小.当激光功率为60 W时,超声波作用时间或超声波振幅的增大都会促进Ti-C键的生成,使焊接过渡层厚度增加.试验还表明,当激光功率小于65 W时,辅助超声波的引入可以引起气泡流动,有效减小气泡缺陷.

30%碳纤维增强PA6复合材料的超声焊接-铆接复合连接工艺

该研究采用一种特殊设计的具有双凸缘结构的铆钉,制备了30%碳纤维增强PA6复合材料的超声波焊接-铆接复合连接接头,研究了焊-铆接头的宏观形貌、截面结构、失效形式、抗剪强度和剥离强度,并分析了焊-铆接头力学性能的改善机制。结果表明,超声波焊接-铆接复合连接的过程由库伦摩擦、铆钉铆入上板、铆钉铆入下板、焊合面材料熔化和凝固5个阶段组成。所制备双凸缘钉子的沟槽有效阻止了接头焊合面熔化材料的溢出,促进了铆钉与铆接板材间的机械互锁和铆钉周围焊核的形成,因此改善了焊-铆接头的抗剪强度、剥离强度和吸能性能。相对于抗剪强度,其对剥离强度的改善效果更显著。采用最佳焊铆参数下制备的焊-铆接头的抗剪强度和剥离强度较单一超声波焊接头分别提高了29.9%和39.2%。焊-铆接头的强度的改善缘于焊合面上铆钉周围形成的焊核及铆钉与铆接板材间的机械互锁的综合作用。

Cu中间层超声辅助瞬间液相扩散连接MB8镁合金机制研究

为了研究Cu箔为中间层连接镁合金的接头显微组织及力学性能在超声作用下的规律,在500℃温度下使用超声辅助瞬间液相扩散连接(U-TLP)MB8镁合金.结果表明:在超声作用时间为1 s时,母材表面氧化膜破裂,与Cu箔直接接触发生共晶反应,在Cu表面生成一层脆性金属间化合物Mg2Cu;随着超声时间延长,Cu箔逐渐被溶解消耗,α-Mg+Mg2Cu共晶液相增加,然后在超声杆预压力与声流作用下被挤出,最终在超声作用30 s时形成部分区域以α-Mg(Cu)为主的接头,此时的剪切强度为68.9 MPa.

“后摩尔时代”芯片互连方法简析

随着半导体制程接近工艺物理极限,半导体工业进入“后摩尔时代”,集成技术成为继续提高电子产品性能的重要途径。现存的实现高度集成的关键技术都对更小尺寸的连接提出了要求。同时随着连接尺寸的减小,封装体在连接工艺中受到的影响导致器件在使用温度下失效的问题越来越严重。封装内的互连部分是芯片热传导、电气连接的重要结构,也是器件失效的重要部位,在互连接头尺寸不断减小的背景下,互连部分的失效在器件整体失效的情况中占据着越来越重要的地位,研究高导热、低工艺影响的微纳连接技术有望解决高功率密度器件的可靠性问题。本文总结了微纳连接技术在新型焊料、能量传递方式两方面的发展,简单介绍了表面活化技术并讨论其应用在电子封装中的可能性,在此基础上讨论了微纳连接技术的发展方向。

功率超声微纳电子封装互连技术研究进展

新材料与工艺是推动先进电子制造与封装发展的关键,尤其针对高集成度、高温服役和高可靠性等大功率器件的互连难题,开发出面向高端微电子制造关键“卡脖子”技术的材料与工艺显得尤为紧迫。功率超声具有表面清洁、空化与声流等特性,可显著提高界面冶金连接能力,能有效克服传统瞬态液相连接反应时间长与温度高的难点,且能破解Cu、Al等金属互连过程中易氧化的痛点问题,并解决了SiC、Al_(2)O_(3)、AlN等陶瓷基板难润湿与纳米颗粒低温烧结驱动力不足的难题。结合本团队在该领域深耕多年的积累,聚焦功率超声应用于微纳连接方向,从超声固相键合、超声复合钎焊和超声纳米烧结互连等三个方面综述了面向电子制造中功率超声微纳连接技术的原理、方法、特点及实际应用场合,并分别从固相连接中引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造等领域,到钎焊连接中超声低中高温软钎焊与超声瞬态液相连接等领域,提出适用于超声微纳连接的新型互连技术。最后,针对第三代半导体中大功率器件封装互连的迫切需求提出了超声纳米烧结连接新方法,并开发出具有高效低温连接高温服役的金属纳米焊膏新型互连材料,且对其接头力学、热学、电学,以及可靠性等进行了全面评估,也进一步总结了功率超声微纳连接技术的研究进展及趋势。