تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : جمال داودي

دانشكده : علوم

استاد راهنما : دکتر محمدتقي فلاحي- دکتر هاشم رفيعي تبار

تاريخ دفاع : 26/2/86

رشته و گرايش : فيزيک-حالت جامد

استاد مشاور : -

طراحي آلياژهاي بدون سرب مورد استفاده در صنايع بسته بندي الكترونيك از طريق مدلسازي چند مقياسي عددي

چكيده

در صنايع بسته بندي ميكرو الكترونيك، لحيم كاري يك فرآيند بسيار مهم است كه به كرار در مدارهاي الكتريكي مورد استفاده قرار ميگيرد. و لحيم اوتكتيك Sn-37wt%Pb به عنوان يك آلياژ سنتي هميشه مورد استفاده قرار گرفته و هنوز هم استفاده ميشود. اما به دليل سمي بودن سرب و خطرات زيست محيطي آن تحقيقات گسترده اي براي بدست آوردن آلياژهايي بر پايه Sn ولي عاري از Pb جهت جايگزيني در حال انجام است. چند آلياژ دوگانه و سه گانه مد نظر پژوهشگران است از آن جمله ميتوان به Sn-3.5wt%Ag، Sn-0.7wt%Cu، Sn-57wt%Bi، Sn-3.5wt%Ag-0.7Cu، Sn-10wt%Au، و Sn-51wt%In اشاره كرد. در طي لحيم كاري با آلياژ Sn-3.5wt%Ag نانو ذرات Ag3Sn در فصل مشترك لحيم و پايه مشاهده ميشود. چون ذرات تشكيل شده در فصل مشترك لحيم و پايه در كيفيت لحيم كاري تاثير خواهند داشت بنابراين مطالعه اين نانو ذرات از جمله خواص مكانيكي آنها در قابل اطمينان بودن اتصالات آلياژهاي بدون سرب بسيار مهم خواهد بود. در اين پژوهش ما بستگي به دما و اندازه اين نانو ذرات را با تكنيك شبيه سازي ديناميك مولكولي بررسي كرديم. همچنين بستگي به دما و اندازه خواص مكانيكي شامل مدول حجمي و ضرايب سختي كشساني آلياژهاي Sn-3.5wt%Ag، Sn-0.7wt%Cu و Sn-37wt%Pb بررسي شده است. همين محاسبات براي مواد خالص Sn، Pb، Ag و Cu جهت آزمايش دقت پتانسيل مورد استفاده در شبيه سازي انجام شد. در اين شبيه سازي از پتانسيل بس ذره اي Murrell-Muttram استفاده كرده و يك قاعده تركيب براي ضرايب پتانسيل آلياژ ارائه كرديم. نتايج حاصله توافق قابل قبولي با داده هاي تجربي دارند.

در بخش ديگري از پاياننامه تاثير دما بر ترساري (زاويه تماس) عناصر Sn، Pb و آلياژهاي Sn-3.5wt%Ag، Sn-0.7wt%Cu و Sn-37wt%Pb بر روي سطح مس در مقياس نانو در خلاء با تكنيك شبيه سازي ديناميك مولكولي بررسي شده است. براي محاسبه انرژي سيستم و برهمكنش بين ذرات هم نوع از پتانسيل بس ذرهاي Murrell-Muttram مربوطه و براي آلياژها از ضرايب تركيب شده اين پتانسيل استفاده كرديم. نتايج شبيه سازي نشان ميدهند كه در خلاء زاويه تماس براي Sn، Sn-3.5wt%Ag، Sn-0.7wt%Cu و Sn-37wt%Pb بر روي سطح مس به دما بستگي داشته در صورتي كه براي مستقل از دماست. همچنين پيدا كرديم به جز Pb، اين زاويه در مقياس نانو بزرگتر از مقياس ماكرو است به عبارت ديگر ترسازي در مقياس ماكرو بهتر از مقياس نانو انجام ميشود.

در قسمت آخر پاياننامه دو مقياس نانو و ميكرو به هم پيوسته و با استفاده از نتايج بدست آمده از شبيه سازي در مقياس نانو انجماد آلياژ را در مقياس ميكرو بررسي كرده و ساختار جامد تشكيل شده و پارامترهاي تاثير گذار در اين ساختار مطالعه شده است. از تكنيك سلولار اتوماتا براي مطالعه جوانه زني و رشد ساختار شاخوار در فرايند انجماد استفاده كرديم.