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超声作用下拉拔铝丝的组织演变及织构变化的研究

张恒  
【摘要】:铝丝是引线键合技术中采用的主要互连材料之一,可以在超声的作用下实现芯片与外部电路的电气连接,键合过程中它的组织及性能变化对封装的质量和可靠性有重要影响。因此,本文研究了不同超声工艺参数下封装用拉拔铝丝的组织演变和织构变化的规律。在实验中我们利用EBSD系统的取向成像图、反极图和取向差分布图来研究不同超声振幅和不同预变形量下铝丝的组织、织构和晶界的变化规律;采用纳米压痕仪和数字显微硬度计分别对不同超声振幅作用后铝丝的弹性模量和硬度进行了测量与分析;观察在所有超声实验条件下铝丝中是否出现微米尺度的变形孪晶;研究铝丝在不同挤压程度和不同加热条件下的组织及织构变化,进而探索超声对铝丝的形变作用机理。 研究结果表明,电子封装用拉拔铝丝在超声作用下有明显的动态再结晶现象。超声振幅的增加对铝丝的再结晶有明显的促进作用,也会促进铝丝小角度晶界百分比的增加。超声作用后铝丝的组织既受超声振幅的影响,又与原始铝丝组织有关。原始铝丝中的织构为铝丝轴向上较强的111织构以及铝丝径向和垂直于铝丝截面方向上较弱的101织构。经过65%振幅超声作用后的铝丝在三个宏观特征方向上都存在100再结晶织构,而铝丝由于设备的挤压作用还具有铝丝径向的101织构和垂直铝丝截面方向的111织构。 预变形量的增加有利于超声能量更加充分的作用到材料内部,而且超声对铝丝的作用是从铝丝的上下两个边缘开始。预变形量较小时,超声作用并不能完全贯穿整个铝丝,铝丝中间部分的晶粒不会发生再结晶,随着预变形量的增加,整个铝丝的组织才可以得到完全改变。完全再结晶之后的铝丝组织由等轴晶组成,但晶粒尺寸并不确定;而铝丝轴向上有时为单一111织构,有时以111织构和100织构并存。 为探索超声作用下铝丝发生动态再结晶的机理,本文研究铝丝在不同挤压条件以及不同加热条件下组织和织构的变化规律,它们都与超声实验中铝丝表现出的组织及织构的变化规律不同,证明挤压力和高温都不是诱发铝丝再结晶的主要因素。通过对比可知超声对铝丝的再结晶有明显的促进作用,其可能原因有:拉拔铝丝处于亚稳态;铝丝的瞬时高温;超声对铝丝的软化作用;超声与铝丝交互作用产生的声压梯度。


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