机械设计论文 金锡真空共晶焊仿真分析
真空环境下的共晶焊接
真空环境下的共晶焊接霍灼琴;杨凯骏【摘要】共晶焊接是微电子组装中一种重要的焊接工艺.文章简要介绍了共晶焊接的工作原理以及共晶焊料如何选用和常用共晶焊料的性能特性.然后比较了几种共晶焊接设备的优缺点,得出用真空可控气氛共晶炉在真空环境下完成共晶焊接能有效防止共晶焊接过程中氧化物的产生,大大降低空洞率,从而提高焊接质量.它同样适用于多芯片组件的一次共晶.对真空环境下影响共晶焊接质量的真空度、保护性气氛、焊接过程中的温度曲线、焊接时的压力等条件做了探讨,得出了几种最优的工艺方案,能适用于大部分的共晶焊接工艺.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)011【总页数】4页(P11-14)【关键词】共晶焊接;真空;焊料;工艺曲线;空洞【作者】霍灼琴;杨凯骏【作者单位】中国电子科技集团公司第2研究所,太原,030024;中国电子科技集团公司第2研究所,太原,030024【正文语种】中文【中图分类】TN305.941 引言随着微波混合集成电路向着高性能、高可靠性、小型化、高均匀性及低成本方向的发展，对芯片焊接工艺提出了越来越高的要求。
将芯片、元器件等与载体（如基板、管壳等）进行互联时，实现的方法主要有导电胶粘接和共晶焊接。
对于微波频率高端或微波大功率时，共晶焊接所具有的电阻率小、导热系数小、热阻小、造成微波损耗小、可靠性高等优点表现得尤为突出。
2 共晶焊接的原理共晶焊接又称为低熔点合金焊接，它是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变成液态，而不经过塑性阶段。
共晶焊料是由两种或两种以上金属组成的合金，其熔点远远低于合金中任一种金属的熔点。
共晶焊料的熔化温度称为共晶温度，共晶焊料中合金成分比例不同，其共晶温度也不同。
图1是以前在电子设备、电子元器件的组装、连接中最广泛应用的Sn-Pb系共晶焊料的相图。
图1中点a表示Pb的熔点（327℃），点c表示Sn的熔点（232℃）。
金属焊接实验教学虚拟实验室研究论文[推荐5篇]
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金属焊接实验教学虚拟实验室研究论文[推荐5篇]第一篇：金属焊接实验教学虚拟实验室研究论文“卓越工程师教育培养计划”（卓越计划）是教育部提出的振兴工程教育的重要举措，旨在培养和造就一大批创新能力强、适应经济和社会发展需要的高质量工程技术人才[１]。
中国石油大学（华东）是入围卓越计划的试点高校，学校材料成型及控制工程专业是首批落实卓越计划的试点专业。
为了保证卓越计划的顺利实施，材料成型及控制工程专业对主干课程教学大纲及教学内容作了调整，并深化教学改革，精心建设虚拟实验室。
本文以金属焊接课程为例，介绍本校在卓越计划背景下虚拟实验室建设及课程改革的探索及实践之路。
１金属焊接实验教学面临的挑战金属焊接是材料成型及控制工程专业的一门重要的专业基础课，也是一门实践性很强的课程。
该课程以金属材料为研究对象，要求学生掌握冶金理论和石油石化生产领域金属材料的焊接方法、焊接性能以及焊接工艺。
按照卓越计划中工程教育对课程的要求，传统的课程实验教学条件将面临很大的挑战[２]：（１）由于高校实验教学设备的数量有限、设备类型单一，无法满足大量学生同时做实验的需要；（２）一些大型金属焊接实验设备投入和维修成本高；（３）实验设备更新较慢，在用的实验设备往往与新技术设备差距较大；（４）部分特殊实验无法实现，如大型球罐焊接、在役管线焊接修复、事故模拟等。
实验设备条件的不足成为金属焊接实验教学发展的一大阻力。
２虚拟实验室的优势１９８９年，美国弗吉尼亚大学的WilliamWolf教授提出虚拟实验室概念后[３]，引起世界各国实验教学工作者的重视。
我国从２０００年开始进行虚拟实验室的研究及建设。
目前，依托卓越计划，高校积极建设虚拟实验室[４Ｇ５]，虚拟实验与真实实验相互补充，提高教学效果。
虚拟实验室的优势主要有以下４方面。
（１）投资少。
虚拟实验的教学资源是数字化资源，方便扩充和共享。
一方面，它节省了学校采购大型实验设备和更新实验设备的资金投入，有效地解决了教学资源短缺、设备陈旧及更新缓慢等问题[６]；另一方面，虚拟实验室可以通过网络实现资源共享，避免了实验仪器设备的重复购置。
真空共晶设备的改进对共晶焊接质量的影响
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂｒｚｎ ｌｉｇｑ ａｉ ｎｉ ｏｔｎ ｃｏ ｅｒｌ ｂｌ ｎ ｆ ｆ ｈｐ ．ｎｔｉ ｓｅ ｔ ｓｒ ｃ： ａ ｉｇｗｅｄｎ ｕ ｌｙｉ ａ ｔ ｓ ｍｐ ｒ ｔ ａｔｒ ｏｔ ｉ ｉ ｔ ａ ｄｌ ｅｏ ｉｓ Ｉ ｓ ｅｐ ｃ， ａ ｆ ｔ ｈ ｅａ ｉ ｙ ｉ ｃ ｈ ｒ
比改进 前 更具 有优 势 。分析 了真 空环境 对共 晶焊接 的影 响 。 原 有设 备增 加 了分子 泵 的情 况下 ， 在
实 现 无 空 洞 焊 接 。 对 甲酸 气 体 保 护 下 的 Ｉ 料 焊 接 进 行 了分 析 ， 结 合 实 际 经 验 给 出合 理 的 工 ｎ焊 并
艺 曲线 ， 实 了在 真 空室加 入 甲酸 气体 的保 护 下 ， 以把 Ｉ 证 可 ｎ焊 料表 面的氧 化 层去 除 ， 使焊 料在 浸
润性 方 面 具 有 明 显 的优 势 。
关键 词 ： 空 ； 晶 ；空洞 ：甲酸 真 共
中图分 类号 ： Ｇ４ ６ Ｔ ５
文 献标 识码 ： Ｂ
文章 编号 ： ０ ４４ ０ （０ ０ １．０ ４０ １０ ．５ ７２ １）００ ４ ．４
Ｅｆｅ ｔｏ ｃ ｕｍ ａ ｉ ｆ ｃ ｆＶａ ｕ Ｂｒ ｚｎｇ Ｅｑｕ ｐｍ ｅ ｍ ｐｒ ｖ ｍ ｅ ｔ ｉ ｎｔＩ ｏ ｅ ｎ
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真 空共 晶设 备 的改 进 对 共 晶 焊 接 质 量 的影 响
张建 宏 ，王 宁 ，杨 凯骏 ，井文 丽
（ 中国 电子科 技集 团公 司第 二研 究所 ，山西 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 晶 焊接 质 量 对芯 片的 可靠性 及 寿命 影 响很 大 。在这 方 面 ， 共 通过 改进 后 的真 空共 晶设备
论文范文：机械设计论文：多学科仿真模型集成与行为同步方法及其在盾构装备中的应用
论文范文：机械设计论文：多学科仿真模型集成与行为同步方法及其在盾构装备中的应用1绪论【本章摘要】本章主要介绍课题的研究背景、研究意义，综述当前国内外的研究现状，给出本文的研究内容和组织结构。
1.1引言现代装备大多是复杂的多学科祸合作用系统，其设计和制造涉及机械、电子、液压、土木、控制等多个领域，其作业环境也十分复杂且多变，装备受应力场、温度场、电磁场、渗流场等多场祸合作用。
典型的复杂装备如本文研究的应用对象一一盾构装备，由七大系统组成，包括刀盘刀具系统、螺旋输送机与密封舱系统、盾壳系统、推进系统、管片拼装系统、导向纠偏系统、后配套系统等，且其尺度巨大，其长度可达400米、断面直径可达18米，工作条件为复杂多变的地下环境，十分恶劣。
多学科祸合作用的特点决定了复杂装备设计研发需要漫长的周期和巨大的成本，采用虚拟样机技术可以减少物理样机制作次数，大大缩短开发周期和降低开发成本。
由于装备的复杂性，对单一学科的仿真验证无法准确地反映真实的系统作用机理，设计中往往需要对其多学科仿真进行集成，得到性能的综合评价。
例如对于刀盘的开口率，其性能评价涉及掘进能耗、掘进效率和支护力要求，优化设计时这三个因素必须同时综合考虑。
多学科仿真要实现集成，需要解决的关键问题是多学科仿真模型的统一(包括模型数据的集成和载荷与边界条件的传递)以及仿真行为的同步。
因此，研究复杂装备多学科仿真模型和行为同步方法，开发多学科集成平台，对装备多学科的综合性能进行仿真验证，可以提高产品设计效率，降低开发成本，对复杂装备的设计制造具有重要意义。
1.2研究现状1.2.1多学科模型表达和参数映射方法复杂装备的仿真涉及多个学科、多个子系统，不同学科和系统的分析仿真之间存在错综复杂的祸合关系，多学科模型的构建、载荷和边界条件的设置十分复杂。
在目前的CAD软件中模型存储的形式一般基于结构特征的模型树，主要是为了表达模型的形状边界和装配约束信息，而没有考虑到模型结构会对CA〔产生的怎样影响;而CA〔软件中，存储的和当前学科仿真模型相关的信息，例如在运动学/动力学分析软件中，模型信息按照运动约束树和载荷和边界条件树存储，运动约束和CAD中的装配约束无法很好地实现关联和转化(在常规的ADAMS分析中，运动约束都需要手动添加)，在有限元分析中，模型信息主要存储零部件的有限元网格和载荷、边界条件，而这里的网格和CAD中的模型形状边界又有很大的不同;在仿真可视化应用中，为了提高绘制的实时性，模型主要按空间位置进行存储，模型信息包含网格和属性，这里的网格又和CA〔网格有很大的不同。
W12的真空电子束焊接工艺研究及缺陷分析
4.I
4.6
I<6
0M.8
8./K8450
用以上参数焊接后经 : 射线探伤检测， 焊 缝 中 发 现 84 个
)$ ・工艺与新技术・
直径不大于 #%& ’’ 点状气孔，部分接头出现未焊透的情况。 焊接接头力学性能和金相组织见表 ( 、图 ) 。
表! 试验 序号 接头力学性能
焊接技术
第 !" 卷第 ! 期 "##! 年 $ 月
电子束焊接在工业上有着极其广泛的应用。通过高压加速 装置形成的高功率电子束流，经过磁透镜汇聚，得到很小的焦 点 （ 其功率密度可达 847<84= ! > )?0） ，轰击置于真空或非真空 中的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现焊 接过程。由于焦点小、电子速度很高，因而产生的热量相当集 中，且具有相当的穿透能力，故可得到焊缝深宽比较大、热影 响区狭小的高质量焊缝。另一方面，在真空状态下焊接时，可 以基本杜绝空气对焊缝的影响，使焊缝内部质量大大优于在非 真空状态下的焊接质量。 基于以上特点，真空电子束焊接方法常常用来焊接一些焊 接性较差的高熔点和极易氧化的特种 材 料 。 (@5!80 材 料 熔 点 高 达 / 494 A ， 加 热 到 044</44 BC 时 开 始 轻 微 氧 化 ， 加 热 到
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（ 0）电子束焊接 (97!50 材料时，产生的主要焊接缺陷是 气孔，气孔产生的原因主要是金属杂质的部分气化以及材料自 身所含有的气体杂质共同形成的。若采用的焊接参数不当，焊 缝中会出现大量并较为集中的气孔缺陷。 （ /） 适 当 调 整 焊 接 参 数 并 合 理 组 合 ， 可 以 避 免 气 孔 的 产
真空炉金锡封焊
真空炉金锡封焊刘艳;徐骁;陈洁民;陈凯【摘要】In this paper,with the introduction of semiconductor packaging technology of AuSn solder, emphasis on the deep research of technology problems of AuSn solder and temperature curve settings. Based on many vacuum AuSn solder packaging experiments and theoreticalanalysis,research the technologies of module gas-tight packaging. Discusses the effects of packaging fixture,lid plating layer,alloystate,interface,pressing block,solder thickness and heating process to the solder packaging. The gas-tight performance can be fairly meet after environment mechanism test. The feasibility of alloy used and packaging technique can be proved according to the application background.% 文章在介绍半导体金锡焊料封装工艺的基础上，重点对金锡焊料、炉温曲线设置等工艺技术问题进行了深入研究。
基于大量的金锡焊料真空焊接封装实验及理论分析，研究了器件气密封装技术。
讨论了封焊夹具、管帽镀层、合金状态、封接面表面、压块、焊料厚度以及加热程序对焊接质量的影响。
多芯片真空共晶工装设计方法研究
多芯片真空共晶工装设计方法研究1.引言多芯片真空共晶工装是一种实现多芯片对齐和共晶焊接的装置，主要用于集成电路封装。
随着集成电路的不断发展，对于集成度和性能的要求越来越高，多芯片真空共晶工装在封装工艺中起到了重要的作用。
本文旨在研究多芯片真空共晶工装的设计方法，以提高封装质量和效率。
2.设计原理-共晶焊接原理：多芯片真空共晶工装是通过将芯片表面的金属引线与基板相连接，形成共晶接头，以实现电气连接。
共晶焊接需要保持恒定的温度和压力，以确保焊接质量。
-真空封装原理：真空环境可以消除空气中的氧气和水分，可以减少氧化和腐蚀的影响，提高封装质量和可靠性。
3.设计要点在多芯片真空共晶工装的设计过程中，需要考虑以下几个要点：-工装结构设计：工装结构应该具有良好的刚性和稳定性，以确保焊接过程中不会发生位移和变形。
同时，应该考虑芯片位置的调整和对齐机构的设计，以确保芯片之间的间距和位置满足焊接要求。
-真空环境设计：设计合适的真空环境可以提高封装质量和效率。
需要考虑真空度的要求、真空泵系统的选择和配套以及真空室的密封设计等。
-温度和压力控制设计：共晶焊接需要保持恒定的温度和压力条件。
因此，需要设计合适的加热和冷却系统、温度和压力传感器以及温度和压力控制系统。
-气氛保护设计：在焊接过程中，可能会产生有害的气体和蒸汽。
因此，需要设计合适的气氛保护系统，以确保操作人员的安全和环境的清洁。
4.设计流程-芯片对齐：首先需要将待焊接的芯片进行对齐，以确保焊接的位置和间距符合要求。
可以借助于显微镜、图像处理软件和运动控制系统进行芯片对齐。
-工装结构设计：根据芯片的尺寸和形状，设计工装结构，确保工装具有足够的强度和稳定性。
-真空环境设计：根据焊接过程中需要的真空度要求和工装尺寸，选择合适的真空泵系统和真空室设计。
-温度和压力控制设计：设计加热和冷却系统，以及温度和压力传感器和控制系统，确保温度和压力的稳定和恒定。
-气氛保护设计：根据实际情况，设计合适的气氛保护系统，以确保操作人员的安全和环境的清洁。
真空共晶焊空洞研究的发展现状与发展趋势资料
3.2空洞分类 BGA焊球空洞按位置可分成五类：A类、B类、C类、D类、E类共五类。
图8 芯片侧界面空洞（A类） 图10 焊球内部空洞（C类）
图9 PCB侧界面空洞（B类） 图11 盲孔空洞（D类）
图12 盲孔空洞（E类）ຫໍສະໝຸດ 图13 真空共晶焊焊料层空洞
3.3空洞的形成过程和空洞率的计算 空洞包括空洞成形、空洞生长、空洞连接。
图5 金属管壳气密封装（焊料环）
图6 芯片高散热粘接（焊料片） 图7 预覆焊片的金属盖板（焊料框）
3.真空共晶焊空洞
3.1空洞产生机理
空洞形成的根本原因，是因为气泡的残留或引入，当芯片背面金属层、 焊料、基板金属薄膜层这些层之间的界面中残留或引入气泡，而气泡受内 部气体压力、收缩压力、静力学压力、真空炉内气体压力以及表面张力的 联合作用（其中前两个力由内向外的力，称之为内力，其余为由外而内的 力，称之为外力），当内力>外力，气泡就会生长和移动，易于溢出；当内 力<外力，空洞体积缩小，这种溢出也会被抑制。从体积方面来说高温情况 下气体体积膨胀，小气泡变成大气泡溢出表面，而低温则阻止小气泡的生 长。所以，当气泡存在而粘接工艺又未能把气泡完全赶出时，气泡就在芯 片背面金属层和焊料层间、焊料层内或者焊料与基板上金属薄膜层间被存 储，空洞就形成了。
验来研究空洞问题，如10年Byung-Gil Jeong等人对RF-MEMS器件做 了加压可靠性测试、高湿度存储可靠性测试、高温存储可靠性测试、
浅析真空环境下的共晶焊接
浅析真空环境下的共晶焊接摘要：随着经济和科技的发展，微电子组装水平也在飞速进步，而作为其中重要的焊接工艺的共晶焊接占有重要的地位，对其探讨也具有非常重要的现实意义。
本文结合笔者的实践工作经验，首先对共晶焊接的相关理论进行了探讨，包括共晶焊接的概念、原理以及焊料和设备的选用等，然后对真空环境下影响共晶焊接质量的因素进行了探讨，最后在结合理论分析的基础上，提出了两种在真空环境下改进共晶设备的措施，相信可以为实践提供一定的指导意义。
关键词：真空环境；共晶焊接；共晶设备；影响因素1.引言随着科技的进步，微电子组装向着小型化、高可靠性等方向发展，越来越多的芯片需要使用共晶来实现互联，这无意中对芯片焊接工艺提出了非常高的要求。
而真空环境下的共晶焊接却为解决这种要求带来了曙光，它可以解决大面积薄醒功率芯片的无空洞焊接。
但是笔者经过实践分析后认为，共晶焊接的质量对芯片的寿命及可靠性具有比较大的影响，合理的共晶焊接真空度、保护气氛等可以起到非常好的作用。
因此，值得深入进行探讨。
近些年来，真空共晶技术得到了飞速的发展，在混合集成电路领域得到了前所未有的广泛应用，随着真空环境下共晶焊接技术的推广，其相应的设备也得到了快速发展。
在这种现状下，普通的共晶焊接设备明显不能满足一些高性能和高可靠性芯片的焊接工作，笔者立足于真空环境下共晶焊接质量的影响因素，从改进设备方面来寻求解决之道，以达到提升共晶焊接质量的目的，以提升芯片焊接质量的高可靠性。
2.共晶焊接的相关理论2.1. 共晶焊接概念共晶焊接是一种低熔点的合金焊接，它是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变成液态，而不经过塑性阶段。
在对共晶焊接分析时可知，共晶焊料是由两种或者两种以上的若干金属组成的合金。
还有一个概念是共晶温度，它是共晶材料的熔化温度，它往往会受到共晶焊料中合金成分比例的影响。
2.2.选取共晶焊料共晶焊料的选取非常重要，是共晶焊接中比较关键的部分。
[转载]真空共晶炉真空共晶焊国内外研究现状（科普）
![[转载]真空共晶炉真空共晶焊国内外研究现状（科普）](https://img.taocdn.com/s3/m/c477453c2bf90242a8956bec0975f46527d3a7da.png)
[转载]真空共晶炉真空共晶焊国内外研究现状（科普）原⽂地址：真空共晶炉/真空共晶焊国内外研究现状（科普）作者：TORCH赵永先在上个世纪七⼗年代初期，国外已有了真空共晶焊的研究，现在可以说真空共晶焊是⽐较成熟的焊接⼯艺，对于真空共晶焊空洞缺陷问题，也有很多学者研究过，如Byung-Gil Jeong等⼈对RF-MEMS器件做了加压可靠性测试、⾼湿度存储可靠性测试、⾼温存储可靠性测试、温度循环可靠性测试等4种测试，测试后放置室温条件1h后发现Au80Sn20预成型焊框出现了空洞。
Michael David Henry等⼈对Au-Si共晶焊进⾏了研究，研究表明如果⽤于防焊料扩散的扩散隔膜层（主要成分是铂）温度接近375，此温度⾼于Au-Si的共晶温度，基板表⾯会产⽣化学反应，从⽽⽣成微空洞，影响焊点键合强度和⽓密性。
Ngai-Sze LAM等⼈在多个LED⼯作在6W情况下，⽐较了夹头加热和流体回流加热两种共晶（焊料为AuSn）⽅式下的空洞率，结果表明夹头加热⽅式焊⽚的平均空洞率为8.8%，优于流体回流加热⽅式下的焊⽚平均空洞率40%。
国内在上个世纪⼋⼗年代初已有学者研究真空共晶焊。
⽬前，国内已有不少对真空共晶焊的研究，如上海⼤学的殷录桥通过理论计算、实验测试的⼿段研究了真空共晶焊空洞对LED热阻、共晶压⼒对LED器件光电性能的影响。
西南电⼦技术研究所的贾耀平选⽤了Au80Sn20焊料对毫⽶波GaAs功率芯⽚的焊接⼯艺进⾏了较为系统深⼊的研究，对焊接时⽓体保护、焊⽚⼤⼩、焊接压⼒、真空⼯艺过程的施加和夹具设计等因素进⾏了试验分析，⽤X射线检测，结果表明，GaAs功率芯⽚焊接具有较低的空洞率，焊透率⾼达90%以上。
中电集团58所的陈波等⼈探讨了真空烧结、保护⽓氛下静压烧结、共晶摩擦焊等共晶焊⽅式在相同封装结构、不同共晶焊接⼯艺下焊接层孔隙率，以及相同⼯艺设备、⼯艺条件下随芯⽚尺⼨增⼤孔隙率的变化趋势，结果表明Au-Si共晶摩擦焊孔隙率低于另两种⽅式；同⼀焊接⼯艺，随着芯⽚尺⼨变⼤，其孔隙率变化不显著，但单个空洞的尺⼨有明显增⼤趋势。
焊接仿真综述报告范文
焊接仿真综述报告范文摘要:随着现代制造业的发展，焊接工艺在各个行业中的应用越来越广泛。
焊接仿真技术作为一种重要工具，在提高焊接质量、减少生产成本、缩短产品开发周期方面发挥着重要作用。
本文通过对焊接仿真技术的整理和综述，介绍了焊接仿真技术的研究现状、发展趋势以及在焊接过程中的应用。
1. 引言焊接是一种重要的金属连接工艺，广泛应用于汽车制造、航空航天、石化等工业领域。
传统的焊接工艺发展过程中，靠经验积累和试错法来提高焊接质量，这种方法存在着生产周期长、成本高、质量无法保证等问题。
随着计算机技术和仿真技术的不断发展，焊接仿真技术逐渐成为改进焊接工艺质量、减少试验成本、提高生产效率的重要手段。
2. 焊接仿真技术的研究现状随着焊接工艺需求的增加，焊接仿真技术的研究也逐渐展开。
现有的焊接仿真技术主要包括热力学模拟、力学模拟和流体模拟等。
热力学模拟主要研究焊接过程中的温度分布、热量输入和过程变形等；力学模拟主要研究焊接接头的应力和变形等；流体模拟主要研究焊接熔池的流动情况和焊缝形成过程等。
这些模拟方法可以帮助研究人员更好地理解焊接过程中的物理现象，为改进焊接工艺提供依据。
3. 焊接仿真技术的发展趋势随着计算机处理能力的提升和数值模拟算法的改进，焊接仿真技术呈现出以下几个发展趋势：3.1. 多物理场耦合模拟焊接过程是一个复杂的多物理场耦合问题，包括热流场、电磁场、应力场等。
未来的焊接仿真技术应该将多个物理场耦合起来进行模拟，以更真实地模拟焊接过程中的相互作用。
3.2. 高性能计算平台的应用焊接仿真需要进行大规模的计算和数据处理，传统的计算设备已经无法满足需求。
未来的焊接仿真技术应该借助高性能计算平台，以加快仿真速度和提高计算效率。
3.3. 数据驱动的仿真模型传统的仿真模型主要基于物理方程和数学模型，存在着预设条件和假设。
未来的焊接仿真技术应该更加注重数据驱动的模型，以提高仿真结果的准确性和可靠性。
4. 焊接仿真技术的应用焊接仿真技术在焊接工艺中有着广泛的应用。
焊接过程仿真领域的若干关键技术问题及其初步研究
焊接过程仿真领域的若干关键技术问题及其初步研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题摘要：因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置。
金锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。
虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。
前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能（特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。
与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题：焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂一般在密封电路中被禁止使用）。
在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。
低强度低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度）共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管;密封包装;和射频器件等。
AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。
本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。
相图我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的“线性”化合物。
当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。
这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。
然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。
金锡共晶焊接
金锡共晶焊接金锡共晶焊接是一种常见的电子元器件连接技术，它的历史可以追溯到20世纪60年代。
下面将从金锡共晶焊接的起源、发展、应用和未来展望四个方面进行阐述。
一、起源金锡共晶焊接最早起源于美国，当时电子工业正在快速发展，需要一种高效、可靠的元器件连接技术。
20世纪60年代初，美国贝尔实验室的研究人员发现，在金和锡的共晶点（即金和锡的混合物）中，金和锡的比例为80:20时，具有很好的焊接性能。
于是，他们开始研究金锡共晶焊接技术，并在1969年获得了专利。
二、发展金锡共晶焊接技术在20世纪70年代得到了广泛应用，特别是在电子工业中。
它的优点是焊点强度高、导电性好、耐腐蚀、不易氧化等。
同时，金锡共晶焊接技术也不断改进和发展。
例如，为了提高焊点的可靠性，研究人员开始添加其他元素，如银、铜、镍等，形成了多种共晶焊料。
此外，还出现了一些新的焊接方式，如反向焊接、双面焊接等。
三、应用金锡共晶焊接技术在电子工业中得到了广泛应用。
它可以用于连接各种电子元器件，如集成电路、电容器、电阻器等。
此外，金锡共晶焊接技术还可以用于连接电路板和电子设备外壳等。
在汽车、航空航天、医疗器械等领域，金锡共晶焊接技术也有着重要的应用。
四、未来展望随着电子工业的不断发展，金锡共晶焊接技术也在不断改进和完善。
未来，金锡共晶焊接技术将更加智能化、自动化、绿色化。
例如，研究人员正在研发新型共晶焊料，以提高焊点的可靠性和耐用性。
同时，智能化的焊接设备也将更加普及，以提高生产效率和质量。
此外，绿色化的焊接技术也将受到更多关注，以减少对环境的影响。
总之，金锡共晶焊接技术是一种重要的电子元器件连接技术，它的发展历程充满了创新和进步。
未来，随着电子工业的不断发展，金锡共晶焊接技术也将不断完善和发展。
共蒸发法制备金锡共晶焊料环及其性能研究
共蒸发法制备金锡共晶焊料环及其性能研究
李萌萌;李兆营;黄添萍
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2024(43)1
【摘要】采用电子束共蒸发法制备了金锡共晶(Au80Sn20)焊料环,与非制冷红外探测器芯片进行气密性封装。
通过SEM、AFM、X-ray、振荡测试以及测漏氦等方式验证了封装后芯片的气密性和可靠性。
结果表明:键合后焊料环无明显缺陷,仅存在轻微溢料现象;经过振荡测试,溢料无脱落、无位移,且芯片密封性能可达到
1×10^(-3) Pa/(cm^(3)·s),符合探测器的气密性要求。
【总页数】3页(P59-61)
【作者】李萌萌;李兆营;黄添萍
【作者单位】安徽光智科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN305.8;TN305.94
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桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目：金锡真空共晶焊仿真分析学院：机械与控制工程学院专业(方向)：机械设计制造及其自动化（机械装备设计与制造）摘要共晶焊是微电子组装技术中的一种重要焊接工艺，在混合集成电路中彰显出了较重要的地位。
芯片、焊片、基板共晶焊接后，由于芯片、焊片以及基板的热膨胀系数不相同而导致焊片内部产生热应力，甚至导致焊接失效，因此焊片焊接冷却后的应力分析是焊片可靠性预测的基础。
本文首先对芯片、焊片、基板共晶焊接后，冷却的热应力进行了仿真分析，运用ANSYS有限元软件，分别分析焊片厚度、基板厚度、芯片厚度、对流系数和冷却温度对应力的影响；其次针对影响共晶焊接冷却应力的五个因素，建立了三水平五因子的正交试验表，共18个组合，并对各因素因子组合进行了仿真分析，得到了各因素对共晶焊接冷却应力影响的程度和顺序。
所得结果对焊片、基板、芯片厚度对共晶焊冷却应力的影响提供理论依据，对各工艺参数及尺寸参数的选择具有一定指导意义，具有一定的工程应用价值。
关键词：共晶焊；仿真分析；正交试验；应力Simulated analysis of vacuum AuSn eutectic solder weldingAbstract:Eutectic solder is an important welding process in microelectronics assembly technology, highlighted in the hybrid integrated circuit more important position. After soldering,because of chip, welding，substrate，thermal expansion coefficient’s different ，welding thermal stress is generated, and even lead to welding failure, so the stress of the weld after welding cooling analysis is the basis of the welding piece of reliability prediction.This paper research the chip, welding pieces, substrate eutectic after welding, the thermal stress of cooling simulation analysis, the finite element software ANSYS, respectively analyzing welding slice thickness, substrate thickness, chip thickness, convection coefficient and the cooling temperature effect on the stress; Secondly according to the five factors influencing the eutectic welding stress of cooling, the establishment of a three level five factor orthogonal test table, a total of 18 combinations, and factor combination of various factors on the simulation analysis, obtained the impact of various factors on the eutectic welding cooling stress degree and order. Results on welding , substrate, chip thickness of eutectic welding cooling stress provide theoretical basis for the influence of the various process parameters and the selection of size parameters have certain guiding significance, has certain engineering application value.Key words:eutectic;simulated analysis;orthogonal test table;stress目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2相关技术概述 (1)1.2.1金锡真空共晶焊简述 (1)1.2.2真空共晶设备 (2)1.3金锡真空共晶焊的研究现状 (3)1.4研究内容 (4)2 相关理论基础 (5)2.1 热传递的基本方式 (5)2.2 热应力理论 (6)2.3 正交试验法原理 (6)2.4 ANSYS14.5热分析的方法 (7)2.4.1 ANSYS的简介 (7)2.4.2 ANSYS14.5技术新特点 (8)2.4.3 ANSYS热分析原理 (8)2.4.4 瞬态热分析步骤 (8)3 金锡共晶焊应力仿真分析 (10)3.1 金锡共晶焊三维实体有限元模型的建立 (10)3.1.1 选择单元类型 (10)3.1.2 定义材料性能参数 (10)3.1.3 三维模型的建立与网格划分 (11)3.2 施加载荷 (12)3.3 求解与后处理 (12)3.4 共晶焊焊片的热应力耦合分析 (13)3.4.1 施加载荷与约束 (13)3.4.2 热应力耦合仿真结果 (13)4 基于正交试验的共晶焊应力分析 (15)4.1 共晶焊应力仿真的试验设计 (15)4.1.1 试验目的 (15)4.1.2 试验内容 (15)4.2 共晶焊片应力仿真的试验结果分析 (22)4.2.1 焊片厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.2 基板厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.3 芯片厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.4 对流系数对焊片最大应力值影响 (22)4.2.5冷却温度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.6各因素的影响顺序 (23)5 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1绪论1.1研究的目的和意义随着集成电路向着低成本方向发展，对芯片焊接要求具有高性能、高密度、高可靠性特点并且要小型化，基板或壳体与芯片互连，主要有共晶焊接和导电胶粘接两种方法。
在大功率高频电路安装中，导电胶导热系数小、电阻率大，造成器件损耗大，结温高而且管芯电阻大，影响功率输出和可靠性。
为了推广大功率器件以及高频微波器件的应用，散热问题越来越难以解决。
近几年，真空共晶焊焊接在集成电路中占的比重越来越大，共晶焊接连接电阻小且传热效率高，散热均匀，焊接温度低、强度高，较适用在大功率高频器件和散热要求高的焊接。
但是共晶焊接也存在固有缺陷，比如说焊点难以检测，对焊点的失效原因分析比较困难。
共晶焊焊片与基板的热膨胀系数差距较大，因此焊片内部非常容易产生热应力，在此期间，如若应变不够协调导致应力集中，就会产生大量裂纹，应力增大，应变也随着增大，此时裂纹也会越变越大。
所以了解焊片焊接失效的原因，焊片内部热应力分布情况是研究焊片焊接失效机制、提高共晶焊接可靠性的前提。
1.2相关技术概述1.2.1金锡真空共晶焊简述共晶焊接又被称为低熔点焊接，指相对较低的温度下共晶焊料共晶物熔合的现象，共晶合金从固态变成液态，不用经过塑性阶段。
共晶焊料开始熔化的温度叫做共晶温度，共晶焊料中合金所占比例不同，具有不同的共晶温度，共晶焊接需要在保护气体中加热至共晶温度使焊料熔化，与此同时，芯片和基板表面的合金有少量进入熔融的共晶焊料，冷却后，合金焊料和金属层之间的原子会互相结合，使得基板与芯片焊接到一块。
传统的共晶焊接方法中，大部分直接采用手动用镊子烧结，高温状态下合金发生共熔，芯片与基板通过焊片粘接到一起。
随着技术的要求变高，传统的镊子共晶方法不足之处逐渐暴露，由于共晶过程暴露在大气中，共晶时间难以把握，氧化渣多，满足不了芯片与基板的粘接要求。
真空共晶即利用真空技术，在真空共晶炉有效控制住路内气体，经过预热、排空气、抽真空、升温、降温、吸气几个过程，实现共晶过程。
和传统技术相比，它有效避免了焊接空洞和氧化渣的产生。
共晶焊常用的材料有Au88Ge12、Au80Sn20、Au97Si3，表1.2.1为这几种焊料的参数：表1.2.1各种焊料参数由于这几种焊料的熔点各不一样，选取时得综合分析焊接金属膜层、芯片和基板能承受的最高温度，通过对比，AuSn20合金焊料的熔点较低，导热性良好，而且Au 在合金中占较大比重，使得焊料表面的氧化度比较低，所以焊接过程中不需要助焊剂，有效避免因使用助焊剂对芯片造成污染和腐蚀。
本文选用长宽高为2mm 、2mm 、0.05mm 的焊片，芯片长宽高为2mm 、2mm 、0.3mm ，基板长宽高尺寸为3mm 、2mm 、0.6mm 。
为使焊接效果更好，在芯片和基板均镀一层厚度为1.5μm 的镀Au 层，由于镀金层非常薄，对焊接效果可以忽略，故建立的三维模型中不建立其三维。
1.2.2真空共晶设备真空气氛条件下，对共晶焊接的影响，主要表现为真空条件下，焊料以及金属部分的氧化还原反应。
这影响了焊料的浸润和展铺。
金属的氧化还原反应可以表达为：y x O Me O y xMe =+22/ （1-1）此反应的平衡常数为：22//PO MexOy y Me x A P P P Kp == （1-2）式子中：Kp 是反应平衡常数；P Mex 是金属分压；P MexOy 是反应生成的氧化产物分压；P O2是氧分压；A 是系数。
通过反应平衡常数可以得出，金属氧化最终达到平衡条件跟气体中的氧分压有关。
真空条件下，因为氧的分压变得很低，在真空环境中金属氧化重新平衡，就会导致生成的氧化物再次分解，即原来金属的氧化反应变成金属氧化物的分解反应。
此种情况下，对分解压大的金属氧化膜非常有利，特别是贵金属氧化膜。
常见的金属氧化物分解要求极高的真空度，以目前的技术来说较难达到。
通常情况下，真空系统中共晶焊接的氧化物，主要存在焊料表面上焊接前就被空气中的氧气氧化产生的氧化膜，虽然在真空中氧化膜可能分解，但通过反应动力学来看，共晶焊接温度低于氧化膜分解的初始温度。