微纳连接技术研究进展

近年来,集成电路不断向短小轻薄的高集成方向发展,推动着器件封装尺寸不断缩小,也使器件封装结构发生着改变.同时,作为信息革命的重要组成部分,集成电路技术往往涉及到多个领域的交叉和相互渗透,如微机电系统、精密仪表以及柔性器件等,而作为电子元器件封装中的关键技术,微纳连接技术的发展直接关系到电子工业中新型封装结构的研发与技术革新.因此,集成电路中微纳连接技术的发展也与多个技术领域密切相关.本文针对电子组装中微连接技术进行归纳和总结,并阐述纳米连接技术所取得的最新研究进展.通过总结微纳连接技术在不同互联尺度下的研究与应用现状,明确了微纳连接技术在电子工业领域中的重要作用,也为目前和未来的相关研究工作提供参考方向.

热处理对6005A铝合金激光焊接头组织和性能的影响

高速列车车体轻量化制造的迫切需求,使得铝合金结构在车体制造中得到广泛应用,而铝合金焊接也成为高铁车体制造的关键工艺。本文采用激光填丝焊方法焊接6005A-T6铝合金,并对焊接接头进行了固溶/时效热处理。利用扫描电镜、XRD能谱分析及拉伸实验,对焊后热处理的焊接接头组织及性能进行研究。研究发现,与母材相比,由于焊接接头中Mg2Si强化相的消失,使得6005A铝合金激光填丝焊接接头拉伸性能下降。通过对焊接接头进行的固溶/时效焊后热处理,实现了焊接接头中β″相、β′相和Q′相的强化相析出,而强化相的析出有利于焊接接头性能的改善。显微硬度实验表明,焊后经热处理的焊接接头,各区域显微硬度显著提高。随着固溶时间的增加,焊接接头经时效处理达到峰时效状态所需的时间减少。基于焊接接头硬度比较,确定550℃固溶1.5 h/175℃时效8 h为优化的焊后热处理规范。采用优化的焊后热处理规范,焊接接头的拉伸强度增加至340 MPa,高于母材的拉伸强度;热处理后接头延伸率为11.6%,达到母材延伸率的65.2%。采用固溶/时效焊后热处理方式可提高激光焊接接头的性能。

2195铝锂合金焊接缺陷固相准等强修复技术

针对2195铝锂合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)焊后匙孔缺陷,采用填充式搅拌摩擦焊(Filling friction stir welding,FFSW)开展固相准等强修复。该方法热输入低,界面处材料相互挤压,摩擦充足,材料流动混合充分,界面结合质量高。结果表明,通过额外填充棒的引入,匙孔缺陷得到有效填充,且搅拌摩擦处理有利于对修复区域的二次顶锻,促进修复界面的冶金结合效果。通过焊接工艺参数优化,当旋转速度为1600 r/min时,修复后接头的抗拉强度为358.1 MPa,达到了优质FSW接头的90.7%;断后伸长率为3.17%,达到了优质FSW接头的90.6%,实现了2195铝锂合金的固相准等强修复。

2195铝锂合金焊接缺陷固相准等强修复技术

针对2195铝锂合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)焊后匙孔缺陷,采用填充式搅拌摩擦焊(Filling friction stir welding,FFSW)开展固相准等强修复。该方法热输入低,界面处材料相互挤压,摩擦充足,材料流动混合充分,界面结合质量高。结果表明,通过额外填充棒的引入,匙孔缺陷得到有效填充,且搅拌摩擦处理有利于对修复区域的二次顶锻,促进修复界面的冶金结合效果。通过焊接工艺参数优化,当旋转速度为1600 r/min时,修复后接头的抗拉强度为358.1 MPa,达到了优质FSW接头的90.7%;断后伸长率为3.17%,达到了优质FSW接头的90.6%,实现了2195铝锂合金的固相准等强修复。

Ni中间层对QBe2.5/钢激光点焊接头力学性能的影响

流量阀的执行机构常应用铍青铜/钢复合元件,本文采用0.05 mm纯Ni作为中间层对QBe2.5铍青铜薄片与20#钢异种金属激光点焊搭接接头力学性能进行优化.通过光学显微镜、拉剪试验、显微硬度计和能谱测试仪对比分析添加Ni与不添加Ni层时焊接接头的成形、力学性能以及元素分布.研究表明:与未加镍层接头相比,加镍中间层的焊缝熔深较小,且基本不出现下塌现象,加镍中间层比未加中间层的接头抗拉剪力提高了61.5%;加入镍中间层后的焊缝中Fe元素含量增加,而Cu元素含量降低,接头韧性提高;加镍中间层的接头焊缝硬度值沿焊点深度方向逐渐增大,而未加镍层的基本不变,且加镍层比未加镍层的接头界面显微硬度值低.镍中间层材料可以显著改善铍青铜/钢异种金属接头焊缝熔合比,提高接头的抗拉剪强度。

对接间隙对双轴肩搅拌摩擦焊接头成形与性能的影响

利用双轴肩搅拌摩擦焊能够成功实现铝合金中空及密闭结构的焊接,但在实际焊接过程中由于板材制造精度误差或装配间隙等问题会降低接头的成形和力学性能。针对该问题,文中研究了0~1.0 mm的对接间隙对4.0 mm厚6082-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明,随着对接间隙的增加,上下轴肩之间的金属难以完全填充焊缝,在"挤压-抽吸"作用下,下轴肩作用区容易产生孔洞缺陷,降低焊接接头的力学性能。当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为300 mm/min、对接间隙为0~0.3 mm时焊接接头成形和力学性能较好。

CoCrFeMnNiTi_(X)高熵合金钎焊接头微观组织及力学性能研究

采用BNi2钎料对3种CrCoFeMnNiTi_(X)系高熵合金进行了真空钎焊。通过扫描电子显微镜、能谱分析和剪切试验等分析测试技术对钎焊接头的微观组织与力学性能进行了研究。结果表明:在选定的焊接工艺参数下,能够实现3种CoCrFeMnNiTi_(X)高熵合金的良好钎焊连接。3种合金的真空钎焊接头均由钎缝区、扩散区和母材3个区域组成。随着母材中Ti元素含量的升高,钎焊接头所能承受的剪切强度也随之增大。对于Ti元素含量最高的Cr_(19)Co_(19)Fe_(19)Mn_(19)Ni_(19)Ti_(10)高熵合金,当钎焊温度为1000℃,保温时间为20 min时,钎焊接头最大拉伸剪切强度为188.76 MPa。

水浸搅拌摩擦焊铝/镁接头腐蚀行为研究

以水浸环境下铝/镁搅拌摩擦焊异质接头为研究对象,研究接头的电化学腐蚀行为。结果表明,在转速700~1000r/min范围内,接头表面和内部均无明显缺陷,在焊核区两种材料发生了较大程度的混合;焊缝不同区域的耐腐蚀性能由好到差排序为:BM-6061>BM-AZ31B>SZ;随着主轴转速的增加,接头的自腐蚀电位升高,腐蚀电流密度的提高,即主轴转速的增大会导致接头的腐蚀倾向减小而腐蚀速率增大,接头的耐腐蚀性能降低。

2195铝锂合金无减薄搅拌摩擦焊组织与性能研究

针对传统搅拌摩擦焊焊缝减薄问题,提出了基于内、外差异轴肩结构设计的无减薄搅拌摩擦焊接方法,实现了2195铝锂合金的一次焊接二次成形焊接。结果表明,6mm厚2195-T8铝锂合金焊后接头无厚度减薄,内部无缺陷,接头抗拉强度达到395MPa,达到母材的68%,接头截面显微硬度呈“W”形分布,拉伸试样断裂于热影响区,呈45°斜角的典型韧性断裂特征。

5A06与7A52-T6铝合金摩擦螺柱焊组织与力学性能研究

针对高强铝合金螺柱与基板熔化焊接存在的锌元素烧损、气孔/裂纹倾向性高、界面氧化膜难去除等问题,本研究提出了轴肩辅助式摩擦螺柱焊方法,成功实现了5A06铝合金螺柱与7A52-T6铝合金基板的优质焊接。结果表明,辅助轴肩可同时实现“控形”和“控性”的作用,焊缝表面成形光滑,无飞边缺陷。内部界面结合良好,无弱连接等缺陷。在优化的焊接参数下,摩擦螺柱焊剪切强度达245MPa。

选区激光熔化3D打印钛合金及其复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基复合材料中则通常可以原位生成纳米尺度的TiBw和TiCp等陶瓷增强相,使得成形构件的力学性能显著优于铸件和粉末冶金制品水平.本文在介绍SLM 3D打印技术的原理与特点基础上,着重评述了其在钛合金及其复合材料的应用基础研究及工程应用进展,并对未来相关关键基础科学与技术问题进行了展望.

多次重熔过程中La_2O_3对Sn-58Bi钎料组织及性能的影响

为提高Sn-58Bi钎料的钎焊性,采用机械混合法制备了不同La2O3含量的Sn-58Bi低温无铅复合钎料.借助SEM、EDS和DSC等分析手段研究了La2O3对Sn-58Bi钎料显微组织、熔化特性以及力学性能的影响,并考察了多次重熔过程中Sn-58Bi-x La2O3/Cu界面IMC层组织演变.研究结果表明:La2O3的加入可以抑制大块富Bi相的偏析生成,但对钎料熔点的影响不大;在多次重熔过程中,同一种钎料的界面IMC层晶粒粒径随重熔次数的增加而增大,但La2O3的加入能有效阻碍界面IMC层晶粒粗化;加入不同含量La2O3后,复合钎料的硬度和模量都有一定程度的提高,其抵抗局部变形、开裂的能力提高,从而提高无铅钎料焊点在实际封装过程中的可靠性.

高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性

为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度、发射光谱、钒膜表面形貌及表面粗糙度、截面形貌及沉积速率等,并探讨了(E-MF)HiPIMS模式的放电机理.研究表明:与HiPIMS相比,钒靶(E-MF)HiPIMS放电时的平板工件基体离子电流密度峰值增加了6倍,铜靶(E-MF)HiPIMS放电时的筒状工件基体离子电流密度峰值增加了13倍.(E-MF)HiPIMS放电时的Ar 0谱线、Ar+谱线、V 0谱线和V+谱线强度均显著增强,氩和钒的粒子离化率增加.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜由V(111)和V(211)组成.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜表面更加光滑平整且表面粗糙度由15.0 nm减小为9.6 nm;钒膜生长结构更加致密且沉积速率增加了约30%,而筒状工件转动条件下(E-MF)HiPIMS制备的铜膜的沉积速率增加了约50%.(E-MF)HiPIMS是一种高离化率高沉积速率的新型放电模式,该方法可有效规避常规HiPIMS较低沉积速率的技术缺陷.

线性摩擦焊技术研究进展

线性摩擦焊是20世纪80年代发展起来的一种新型固相焊接方法,其焊接质量高,而且节能环保,在航空发动机整体叶盘设计与制造过程中取得巨大成功。文中总结了线性摩擦焊的原理及其工艺过程,分别从设备制造、工艺试验研究、数值模拟以及工程应用等方面,综述了国内外线性摩擦焊技术的研究进展。

外部磁场对电-磁场协同增强HiPIMS放电及V膜沉积与性能的调制

为了获得新型HiPIMS稳定放电及制备优质膜层时的最优外部磁场参数,研究外部磁场变化对电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)放电及沉积特性的调制过程。在其他工艺参数保持不变的情况下,研究了外部磁场(线圈电流)对HiPIMS钒(V)靶放电规律以及V膜微观结构和性能的影响。采用数字示波器监测HiPIMS放电行为,利用XRD、SEM、AFM、摩擦磨损试验机及电化学腐蚀法等表面分析方法,研究V膜相结构、表面形貌、截面形貌、耐摩擦磨损性能及耐腐蚀性能等沉积特性。结果表明:随线圈电流的增加,基体离子电流密度逐渐增加,当线圈电流为6 A时基体离子电流密度最高可达209.2 mA/cm^(2)。V膜的相结构仅为V(111)但其晶面衍射峰强度随线圈电流的增加而逐渐增加。V膜表面呈现出典型的圆凹坑状形貌特征,其表面粗糙度先减小后增大且最小仅为10 nm。当线圈电流(<4 A)较低时V膜生长表现为致密细小的晶体生长结构,膜层沉积速率随着线圈电流的增加而增加。当线圈电流为4 A时,V膜样品的摩擦系数最小、耐磨性最优,同时V膜样品具有最好的耐蚀性。

Shearlet变换与核各向异性扩散的图像噪声抑制

为了更有效地抑制图像噪声,改善图像视觉效果,提出了一种基于非下采样Shearlet变换(nonsubsampled shearlet transform,NSST)与核各向异性扩散的图像噪声抑制方法.首先对含噪图像进行非下采样Shearlet变换;然后对所得到的低频和高频分量分别进行改进的全变差(improved total variation,ITV)扩散与核各向异性扩散(kernel anisotropic diffusion,KAD);最后对扩散后的低频和高频分量进行非下采样Shearlet逆变换得到噪声抑制后的图像.给出了实验结果,并且依据主观视觉效果和峰值信噪比、结构相似度两种定量评价指标,与近年来提出的基于小波阈值收缩结合全变差、基于复Contourlet域非线性扩散、自适应Shearlet域约束的全变差等3种噪声抑制方法进行了比较.实验结果表明,该方法的噪声抑制能力更强,且更为完整地保留了图像的边缘和细节信息.

不同热处理制度下激光增材制造12CrNi2钢组织研究

采用激光增材制造技术制备12CrNi2合金钢核电应急柴油机凸轮轴可以明显降低产品研发周期,优化产品结构.本研究采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子万能试验机对激光增材制造12CrNi2合金钢热处理前后的组织和力学性能进行了研究.微观组织观察发现,试样存在带状特征和柱状晶形貌,圆弧带间为致密的冶金结合,顶部由于无后一道的重熔热作用,柱状晶形貌十分显著.沉积态组织主要由铁素体组成,试样不同部位的铁素体形貌存在一定的差异.经退火处理后,铁素体边界出现大量白色粒状析出物,延伸率显著提高,达到22.9%.经淬火及不同温度回火处理后,带状特征和柱状晶形貌消除,得到马氏体及其回火组织,抗拉强度达到1000 MPa.与沉积态抗拉强度831 MPa相比,热处理态试样的抗拉强度显著提高.经固溶时效处理后,晶粒明显粗化.

一种新型复合加速离子注入动力学研究

提出了一种基于靶台(工件)二次加速的束线离子注入的新方法,基本原理是将传统束线离子注入和等离子体离子注入有效复合。采用二维Particle-in-cell(PIC)模型对这种注入方法进行了数值仿真研究。考察了靶台加负偏压情况下靶台表面空间电势、离子密度变化以及离子的运动状态的时空演化。统计分析了不同时刻离子注入剂量、注入能量和注入角度的分布规律。结果表明:靶台施加偏压对束流离子起到了很好的二次加速效果,束线离子复合加速离子注入这种新方法理论上是切实可行的。同时发现在靶台附近空间电场的作用下,离子束会发生小角度偏转,由柱状形逐渐变成"喇叭口"形,靶台表面有效注入范围扩大。靶台表面注入剂量分布呈中心区域高边缘区域低的趋势。这种新方法有助于减缓电源硬件加工的难度,增加了工艺的灵活性。

封面图片说明

封面图片来自本期论文“高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性”,是采用电-磁场协同增强HiPIMS新技术制备的钒膜AFM三维立体表面形貌图.高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)是一门新兴的高度电离化物理气相沉积技术,具有峰值功率密度高、脉冲频率和占空比低的放电特征,可获得较高溅射金属离化率和放电系统等离子体密度,有利于制备高硬度、高耐摩擦磨损性、高耐腐蚀性及抗高温氧化性优异的高质量薄膜/涂层.

高功率磁控溅射AZ31/Ti-Si-N涂层结构及表面硬度研究

利用高功率磁控溅射(HPPMS)技术在无偏压及室温条件下,采用(Ti,Si10at%)靶在AZ31镁合金基体上制备了Ti-Si-N涂层,在基体与涂层之间插入Ti-Si及TiN层分别作为过渡层及缓冲层,对不同氮气流量下制备的涂层显微结构及纳米硬度进行了研究。实验表明:在AZ31软基体上可制备超硬度Ti-Si-N涂层,随着氮气流量增加膜中N含量增高,涂层颗粒尺寸远小于DCMS电源模式,当氩气氮气流量比为11∶5时TiN(200)出现择优取向,纳米压痕最大硬度值达48 GPa,远高于DCMS涂层硬度(33 GPa)。