Original title:
APLIKACE NANOMATERIÁLŮ PRO VÝVOJ PÁJEK BEZ OLOVA
Translated title:
THE APPLICATION OF NANOMATERIALS FOR LEAD FREE SOLDERS DEVELOPMENT
Authors:
Pešina, Zbyněk ; Pinkas, Jiří (referee) ; Spousta, Jiří (referee) ; Sopoušek, Jiří (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2012
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Předkládaná disertační práce je motivována hledáním alternativy k pájení bez použití olova s pomocí nanočástic kovů a jejich slitin. Tato problematika je aktuálně řešena používáním pájek bez olova, jejichž vlastnosti však nejsou zcela ekvivalentní vlastnostem slitin na bázi olova a cínu. Teoretická část práce nejprve shrnuje poznatky o současném vývoji bezolovnatých slitin aktuálně používaných k pájení v elektrotechnickém průmyslu a srovnává tyto pájky s dříve používanými slitinami na bázi Pb-Sn. Druhý oddíl teoretické části je věnovaný nanotechnologiím, které nabízejí možná řešení problémů, spojených s používáním bezolovnatých pájek. Text obsahuje i popis vlastností nanokrystalických materiálů ve srovnání s vlastnostmi jejich kompaktních slitin stejného chemického složení. Jsou popsány možnosti přípravy nanočástic a nanostruktur a možné problémy spjaté s malými rozměry částic. Úvod experimentální části je zaměřen na přípravu nanočástic čistých kovů a slitin chemickou a fyzikální cestou a také na přístrojovou techniku pro jejich pozorování a analýzu. Pozornost je soustředěna zejména na stříbro v nanočásticové formě, které vykazuje nízkoteplotní sintrační efekt, který je tepelně aktivován rozkladem oxidické obálky pokrývající Ag nanočástice. Tento faktor je rozhodující pro nízkoteplotní sintraci a tím i možné budoucí aplikace. Tepelné efekty při sintrovacím procesu byly studovány metodami termické analýzy. Tvorba spojů Cu/Ag-nano/Cu byla realizována jak in-situ tak za působení atmosférického kyslíku. Obojí při různých režimech tepelného zpracování. Metalografické příčné řezy připravených spojů byly následně použity pro analýzu lokálních mechanických vlastností vzniklé stříbrné vrstvy, pro chemickou analýzu složení vzniklých vrstev spoje a pro studium mikrostruktury. Pevnostní charakteristiky jsou reprezentovány testováním smykové pevnosti jednotlivých spojů.
The present dissertation is motivated by the search for alternatives of lead-free soldering by nanoparticles of metals and their alloys. The research focuses on the possibility of replacing lead-free solders by nanoparticles. This issue is currently being addressed by the use of lead-free solders but their properties are not entirely equivalent to properties of lead-tin based alloys. The theoretical part of the dissertation first summarizes up-to date knowledge on the development of lead-free alloys currently used for soldering in the electronics. The work compares these lead-free solder candidates with previously used Pb-Sn alloys. The second section of the theoretical part is devoted to nanotechnology that offers possible solutions of problems associated with the use of lead-free solders. The text contains a description of the properties of nanocrystalline materials in comparison with those of compact alloys having the same chemical composition. The possibility of preparation of nanoparticles and potential problems associated with small particle sizes are also presented. Introduction of the experimental part focuses on the preparation of nanoparticles of pure metals and alloys by chemical and physical ways as well as on an instrumentation for characterisation and analysis. Attention is focused on the silver in nanoparticle form that exhibits the low temperature sintering effect, which is thermally activated by decomposition of oxide envelope covering the Ag nanoparticles. This factor is critical for low-temperature sintering and thus also for possible future applications. The thermal effects of the low sintering process were studied by methods of thermal analysis. The preparation of the Cu / Ag nano / Cu joints was carried out in-situ in inert atmosphere and under the action of atmospheric oxygen. In both cases varying conditions of thermal treatment were used. The cross sections of the prepared joints were then used for the metallographic analysis of the local mechanical properties of the resulting silver layer, for the chemical composition evaluation of the resulting layers of the joint, and for the microstructure study. Strength characteristics are represented by testing shear strength of individual joints.
Keywords:
chemical synthesis; laser ablation; nanoindentation; nanosintering effect; silver nanoparticles; Soldering; thermal analysis; chemická syntéza; laserová ablace; nanoindentace; nanosintrační efekt; nanočástice stříbra; Pájení; termická analýza
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/27696
guest ::
