Skip to main content
SUPERVISOR
Aboozar Taherizadeh
ابوذر طاهری زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nesa Zamani bakhtiarvand
نساء زمانی بختیاروند

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Manufacturing and characterization of composite Sn-0.6Al lead-free solder with oxide nanoparticles by using the accumulative extrusion process
Tin-lead eutectic alloy (Sn-Pb) is commonly used for soldering joints in electronic components. In recent years the use of tin-lead solder alloys has been limited due to environmental problems, and many researches have conducted to develop lead-free solder alloys. owadays, the use of Lead has been banned by environmental laws due to high levels of Lead poisoning. For high reliability applications in electronic equipment, Lead-free nanocomposite solders have been fabricated by a different methods including melting and powder metallurgy. However, the use of nanoparticles has been limited due to issues such as agglomeration and particle oxidation. A good approach to improve the reliability of joints in electronic devices is to use composite solders. Composite solders have high joining reliability because reinforcement particles can control grain growth, increase grain boundaries and control the formation of intermetallic compounds in the solder matrix. In this study the fabrication of Sn-0.6Al eutectic solder and Sn-0.6Al-X%D(X=0.5,1,1.5) nano-composite solder were investigated by cumulative extrusion solid state method. Nanoparticles of electric arc furnace dust from Esfahan’s Mobarakeh Steel Company were used as reinforcement. Lead-free solder specimens were examined by X-ray diffraction (XRD), X-ray diffraction energy spectroscopy (EDX). Density, electrical resistance, microhardness, tensile strength, and shear strength of the specimens were measured. The results show the microstructural properties of Sn-0.6Al eutectic solder using cumulative extrusion, crack and cavity with increasing percentage of Dust nanoparticles. Results showed that the addition of aluminum controls the growth of the ?-Sn phase and also leads to increment of the grain boundary in the tin matrix. To assess the alloying process of Al and Sn in matrix differential Scanning calorimetry (DSC) test was carried out. Contact angle of solder with the copper substrate was performed by drop test. The wetting angle of Sn-0.6Al solder were measured 37°. The density of nanocomposite solders was obtained by Archimedes method. About 19% of the solder joint weight can be reduced by using Sn-0.6Al-1%D compared to Sn-37Pb solder. The electrical resistance of the solder specimens were measured using a four-propeller device. Results showed that the electrical resistance of Sn-0.6Al/D nanocomposite solder are comparable to Sn-Ag-Cu and Sn-37Pb. Mechanical results showed that adding one percent of nanoparticle reinforcement leads to improvement of shear strength, tensile strength and micro-hardness of -0.6Al eutectic solder. key words: Cumulative extrusion, Nanocomposite, Solder, Lead-free solder, Physical properties, Mechanical properties.
به طور رایج آلیاژ یوتکتیک قلع­-­سرب (Sn-Pb) برای اتصالات لحیم­کاری در اجزای الکترونیکی مورد استفاده قرار می­گیرد. استفاده از آلیاژ­های لحیم قلع-سرب بدلیل مشکلات زیست­ محیطی در سال­­های اخیر محدود شده است و پژوهش­های فراوانی برای توسعه آلیاژ­های لحیم­ بدون ­سرب در حال انجام است.­ امروزه باتوجه به نگرانی­های زیست­ محیطی در مورد مسمومیت بالای سرب، قوانین زیست ­محیطی، استفاده از سرب را ممنوع کرده ­است. ­برای کاربردهای با قابلیت اطمینان اتصال بالا در تجهیزات الکترونیکی، لحیم­های نانوکامپوزیتی بدون سرب به روش­های مختلف از جمله ذوبی، متالورژی پودر ساخته شده­اند. با این حال، به می­توانند باعث کنترل رشد­دانه، افزایش مرزدانه­ها وکنترل تشکیل ترکیبات بین­فلزی علت مسائلی چون آگلومره و اکسیداسیون ذرات کاربرد نانو ذرات محدود شده­ است. رویکرد مناسب برای بهبود قابلیت اطمینان اتصالات در دستگاه­های الکترونیکی، استفاده از لحیم­های کامپوزیتی است. لحیم­های کامپوزیتی با قابلیت اطمینان اتصال بالا هستند، ذرات تقویت­کننده­ اکستروژن تجمعی انجام شد. نمونه­های لحیم بدون سرب ساخته شده توسط آزمون­های پراش اشعه در زمینه لحیم شوند. این پژوهش با مطالعه بر روی ساخت لحیم یوتکتیک Sn-0.6Al و لحیم نانوکامپوزیتی (X= 0.5,1,1.5) Sn-0.6Al/X%D با افزودن نانو ذرات تقویت­کننده غبار کوره قوس­الکتریکی (Dust) کارخانه فولاد مبارکه اصفهان به زمینه لحیم یوتکتیک Sn-0.6Al به روش ساخت حالت جامد ایکس، طیف سنجی پراش انرژی اشعه ایکس، آنالیزگرماسنجی افتراقی، چگالی، مقاومت با یکدیگر، آنالیزگرماسنجی الکتریکی، ریز سختی سنجی، استحکام کششی و مقاومت برشی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج بررسی ویژگی­های ریز ساختاری لحیم یوتکتیک Sn-0.6Al با استفاده از اکستروژن تجمعی، ترک و حفره را با افزایش درصد ذرات تقویت­کننده نشان می­دهد. افزودن آلومینیوم منجر به کنترل رشد فاز ?-Sn می­شود و باعث افزایش مرزدانه در زمینه لحیم می­شود. برای بررسی آلیاژسازی Sn و Al افتراقی کاهش داد. مقاومت الکتریکی لحیم­ها با استفاده از دستگاه چهار پروپی اندازه­گیری بر روی نمونه­ها انجام شد. زاویه تماس لحیم با زیرلایه مسی با استفاده از آزمون قطره برای لحیم­ها ارزیابی شد. زاویه ترشوندگی برای لحیم یوتکتیک Sn-0.6Al برابر با 37 درجه بدست آمد. چگالی لحیم­های نانوکامپوزیت با استفاده از روش ارشمیدوس محاسبه شد. با افزودن یک درصد تقویت­کننده به لحیم یوتکتیک Sn-Al می­توان 19% از چگالی را در مقایسه با لحیم Sn-37Pb شد. نتایج نشان داد مقاومت الکتریکی لحیم­­های نانوکامپوزیتی (X= 0.5,1,1.5) Sn-0.6Al/X%D قابل مقایسه با به لحیم یوتکتیک Sn-0.6Al باعث بهبود ریزسختی، استحکام کششی و استحکام برشی شد. لحیم­های Sn-Ag-Cu بدون تقویت­کننده و لحیم Sn-37Pb است. افزودن یک درصد تقویت­کننده کلمات کلیدی: اکستروژن تجمعی، نانوکامپوزیت زمینه فلزی، لحیم، لحیم بدون سرب، خواص فیزیکی، خواص مکانیکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی