Skip to main content
SUPERVISOR
Aboozar Taherizadeh
ابوذر طاهري زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nesa Zamani bakhtiarvand
نساء زماني بختياروند

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.
چکيده به طور رايج آلياژ يوتکتيک قلع­-­سرب (Sn-Pb) براي اتصالات لحيم­کاري در اجزاي الکترونيکي مورد استفاده قرار مي­گيرد. استفاده از آلياژ­هاي لحيم قلع-سرب بدليل مشکلات زيست­ محيطي در سال­­هاي اخير محدود شده است و پژوهش­هاي فراواني براي توسعه آلياژ­هاي لحيم­ بدون ­سرب در حال انجام است.­ امروزه باتوجه به نگراني­هاي زيست­ محيطي در مورد مسموميت بالاي سرب، قوانين زيست ­محيطي، استفاده از سرب را ممنوع کرده ­است. ­براي کاربردهاي با قابليت اطمينان اتصال بالا در تجهيزات الکترونيکي، لحيم­هاي نانوکامپوزيتي بدون سرب به روش­هاي مختلف از جمله ذوبي، متالورژي پودر ساخته شده­اند. با اين حال، به مي­توانند باعث کنترل رشد­دانه، افزايش مرزدانه­ها وکنترل تشکيل ترکيبات بين­فلزي علت مسائلي چون آگلومره و اکسيداسيون ذرات کاربرد نانو ذرات محدود شده­ است. رويکرد مناسب براي بهبود قابليت اطمينان اتصالات در دستگاه­هاي الکترونيکي، استفاده از لحيم­هاي کامپوزيتي است. لحيم­هاي کامپوزيتي با قابليت اطمينان اتصال بالا هستند، ذرات تقويت­کننده­ اکستروژن تجمعي انجام شد. نمونه­هاي لحيم بدون سرب ساخته شده توسط آزمون­هاي پراش اشعه در زمينه لحيم شوند. اين پژوهش با مطالعه بر روي ساخت لحيم يوتکتيک Sn-0.6Al و لحيم نانوکامپوزيتي (X= 0.5,1,1.5) Sn-0.6Al/X%D با افزودن نانو ذرات تقويت­کننده غبار کوره قوس­الکتريکي (Dust) کارخانه فولاد مبارکه اصفهان به زمينه لحيم يوتکتيک Sn-0.6Al به روش ساخت حالت جامد ايکس، طيف سنجي پراش انرژي اشعه ايکس، آناليزگرماسنجي افتراقي، چگالي، مقاومت با يکديگر، آناليزگرماسنجي الکتريکي، ريز سختي سنجي، استحکام کششي و مقاومت برشي مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج بررسي ويژگي­هاي ريز ساختاري لحيم يوتکتيک Sn-0.6Al با استفاده از اکستروژن تجمعي، ترک و حفره را با افزايش درصد ذرات تقويت­کننده نشان مي­دهد. افزودن آلومينيوم منجر به کنترل رشد فاز ?-Sn مي­شود و باعث افزايش مرزدانه در زمينه لحيم مي­شود. براي بررسي آلياژسازي Sn و Al افتراقي کاهش داد. مقاومت الکتريکي لحيم­ها با استفاده از دستگاه چهار پروپي اندازه­گيري بر روي نمونه­ها انجام شد. زاويه تماس لحيم با زيرلايه مسي با استفاده از آزمون قطره براي لحيم­ها ارزيابي شد. زاويه ترشوندگي براي لحيم يوتکتيک Sn-0.6Al برابر با 37 درجه بدست آمد. چگالي لحيم­هاي نانوکامپوزيت با استفاده از روش ارشميدوس محاسبه شد. با افزودن يک درصد تقويت­کننده به لحيم يوتکتيک Sn-Al مي­توان 19% از چگالي را در مقايسه با لحيم Sn-37Pb شد. نتايج نشان داد مقاومت الکتريکي لحيم­­هاي نانوکامپوزيتي (X= 0.5,1,1.5) Sn-0.6Al/X%D قابل مقايسه با به لحيم يوتکتيک Sn-0.6Al باعث بهبود ريزسختي، استحکام کششي و استحکام برشي شد. لحيم­هاي Sn-Ag-Cu بدون تقويت­کننده و لحيم Sn-37Pb است. افزودن يک درصد تقويت­کننده کلمات کليدي: اکستروژن تجمعي، نانوکامپوزيت زمينه فلزي، لحيم، لحيم بدون سرب، خواص فيزيکي، خواص مکانيکي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی