Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Maleki,Aboozar Taherizadeh
علی مالکی (استاد راهنما) ابوذر طاهری زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Karimi
علی کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Synthesis and characterization of Sn-Cu / SiO2 lead-free nanocomposite solder through angular accumulative extrusion method
: Sn-Pb commercial solder is used as a solder in electronic connections due to its appropriate mechanical properties and good wetting and reliability. However, the lead in this solder is toxic and causes irreparable damage to humans and the environment. Numerous alternatives for Sn-Pb solder have been introduced, one of which is the Sn-0.7Cu eutectic alloy. Due to lower production costs of Sn-0.7Cu than other lead-free solders, acceptable wetting and electrical conductivity, and high creep resistance, it is an attractive alloy for replacing Sn-Pb solder. In contrast, its low tensile strength compared to Sn-Pb solder has limited its application. Nowadays, with increasing miniaturization of electronic devices, electronic packaging systems must have a higher current density, better performance, longer lifespan and, at the same time, they should be smaller in size. Synthesis of Sn-0.7Cu matrix nanocomposite solder is one of the approaches to resolve improper mechanical properties. In this research, Sn-0.7Cu lead-free nanocomposite solder was synthesized by adding 0.5 and 1 percent silica nanoparticles through angular accumulative extrusion. The results of the characterization of samples containing 0.5% and 1% nanoparticles indicated a 22% and 12% increase in the tensile strength of as-synthesized nanocomposites respectively. After reflow of the lead free nanocomposite solders, increase of 9 and 17% in shear strength, 41 and 44% of the tensile strength and 14 and 32% of microhardness were achieved for the nanocomposite reinforced with 0.5 and 1 percent nanoparticles compared to the monolithic sample, respectively. Also, adding nanoparticle resulted in the smaller wetting angle, finer microstructure, and the suppress of the growth of intermetallic compounds at the solder-substrate interface of the naocomposite samples compared to the monolithic one. Although amorphous ceramic nanoparticles have been added to the solder matrix, no significant change was observed in the electrical conductivity of the nanocomposite solder. Keywords: Lead-free solder, nanocomposite, angular accumulative extrusion method, nanoparticles, intermetallic compounds, mechanical properties
لحیم تجاری Sn-Pb به دلیل خواص مکانیکی خوب و ترکنندگی و قابلیت اطمینان مناسب، امروزه به‌عنوان اتصال‌دهنده در اتصالات الکترونیکی استفاده می‌شود اما سرب موجود در این لحیم سمی بوده و زیان‌های جبران‌ناپذیری برای انسان و محیط‌زیست به بار می‌آورد. گزینه‌های بسیاری برای جایگزینی لحیم تجاری Sn-Pb معرفی‌شده‌اند که یکی از آن‌ها آلیاژ یوتکتیک Sn-0.7Cu می‌باشد که به دلیل هزینه تولید کمتر نسبت به سایر لحیم‌های بدون سرب، خواص ترکنندگی و هدایت الکتریکی مطلوب و مقاومت به خزش بالا بهترین گزینه برای جایگزینی لحیم سرب‌دار می‌باشد؛ اما ضعف در استحکام کششی نسبت به لحیم Sn-Pb استفاده از آن را محدود کرده است. از طرفی با مسیر روبه رشد کوچک‌سازی و درعین‌حال فشرده‌سازی وسایل الکترونیکی، سیستم‌های بسته‌بندی الکترونیکی می‌بایست دانسیته جریان بالاتر، کار‌آیی بهتر، طول عمر بیشتر و درعین‌حال اندازه کوچک‌تر داشته باشند. ساخت لحیم نانوکامپوزیت یکی از رهیافت‌ها در حل مشکلات و ضعف‌های لحیم Sn-0.7Cu می‌باشد. در این پژوهش، لحیم نانوکامپوزیت بدون سرب Sn-0.7Cu با افزودن نانوذرات سرامیکی آمورف سیلیکا حاوی درصد وزنی‌های 5/0 و 1 به روش اکستروژن تجمعی زاویه‌دار ساخته ‌و مشخصه‌یابی شد. نتایج حاصل از مشخصه‌یابی نمونه‌های حاوی 5/0 و 1 درصد نانوذره به ترتیب نشان‌دهنده افزایش 22 و 12 درصدی استحکام کششی قبل از اتصال، 9 و 17 درصدی استحکام برشی حاصل از آزمون برش در اتصال، 41 و 44 درصدی استحکام کششی در اتصال و 14 و 32 درصدی ریزسختی بعد از جریان‌یابی مجدد است. هم‌‌چنین افزودن نانوذرات باعث کاهش زاویه ترکنندگی، ریزتر ویکنواخت‌تر شدن ساختار میکروسکوپی و جلوگیری از رشد ترکیبات بین فلزی نمونه‌های کامپوزیتی در مقایسه با نمونه آلیاژی شد. باوجود اینکه نانوذرات سرامیکی آمورف به زمینه لحیم اضافه ‌شد در هدایت الکتریکی لحیم نانوکامپوزیت تغییرات محسوسی ایجاد نشد. کلمات کلیدی: لحیم بدون سرب، نانوکامپوزیت، اکستروژن تجمعی زاویه‌دار، نانوذره، ترکیبات بین فلزی، خواص مکانیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی