The demands for high density, fine pitch interconnections in electronics systems has seen solder-based approaches for such interconnections miniaturized to the scale of tens of micro meters. At such a small scale, such 'micro joints' may contain only one or a few grains and the resultant mechanical behaviour may not be that for a polycrystalline aggregate, but rather for a single crystal. Since the ~-Sn matrix of SnAgCu solder has a contracted body-centred tetragonal (BCT) structure, such a solder grain is expected to demonstrate a considerably anisotropic behaviour. In such cases the reliability of a Phfree solder is strongly dependent on the local microstructural features, such as the size and orientation of the grains. This thesis presents the investigation of the evolution of microstructure within a joint or at the interface and, the influence of such microstructural features on the meso-scale mechanical behaviour of the Ph-free solder. It includes Evolution of the interface between a molten solder and the Cu substrate To form a joint, the solder alloy is heated and molten, wetting a solid under-bump metallization. After solidification, layers of brittle intermetallic compounds (IMCs) are formed at the interface. In this project, facilities were set up to obtain interfacial reactants at an arbitrary moment of the liquid/solid reaction. Formation and evolution ~ during reflow of SnCu IMCs at the interface between the molten SnAgCu alloy and the Cu UBM was captured and presented for the first time. Formation of phases and IMCs with the body of a liquid SnAgCu solder during solidification The formation behaviour of basic components for a SnAgCu grain (including Sn dendrites, AIDSn and Cu6Sns IMCs) during solidification was investigated. Relationships between the growth behaviour of these components and their internal lattice orientation were studied. The characteristic growth and coupling of AIDSn IMCs and the Sn matrix to form eutectics has been elaborated and presented in this study for - 1- the first time. Based on the results, the forming process of a eutectic SnAgCu grain under the non-equilibrioum solidification condition was illustrated; and major factors that determine the lattice-orientation, size and substructure of the grain were discussed. Meso- and Micro- scale mechanical behaviour of a SnAgCu solder joint To study the size effect on the microstructure, and subsequently, the meso-scale mechanical behaviour, solder joints were manufactured with varying geometries. Shearing tests were performed on these meso-scale joints. The results first demonstrated that the anisotropic characteristics of a SnAgCu grain play an important role in the mechanical behaviour of both a meso-scale solder joint and the adjacent interfacial IMCs. To further investigate the micro-scale deformation and damage mechanisms, micro-mechanical tests were preformed within a SnAgCu grain. Constitutive equations for a SnAgCu grain Based on the experimental results, a crystal model was established to describe the local microstructure-dependent mechanical behaviour. The constitutive equation was implemented by means of the finite element approach, and applied in solder joints of a Flip Chip (FC) package by a multi-scale method. To describe the crystal behaviour at the higher temperature, the model was improved to account for deformations due to vacancy diffusion and thermal expansion. This model was integrated by an implicit approach, and implemented in a full three dimension (3D) finite element (FE) model.

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi feito um estudo sistemático, sob um ponto de vista atômico, do magnetismo local em compostos intermetálicos magnéticos do tipo RZn (R = Ce, Gd, Tb, Dy) e RCu, por meio de medida das interações hiperfinas utilizando a técnica de Correlação Angular Gama-Gama Perturbada com os núcleos de prova 111In111Cd e 140La140Ce. O magnetismo nesses compostos tem origem no momento angular dos elétrons 4f das terras raras. Assim, o estudo sistemático da série RZn é interessante para verificar o comportamento do campo hiperfino magnético com a variação do número de elétrons da camada 4f. A utilização do núcleo de prova 140La140Ce é interessante, pois o Ce+3 íon possui um elétron 4f que pode contribuir para o campo hiperfino total, e os resultados encontrados mostraram um comportamento anômalo. A análise feita com o núcleo de prova 111Cd mostrou que, para os compostos ferromagnéticos, o campo hiperfino magnético segue o comportamento da função de Brilluoin com a temperatura e, em função da projeção do spin, este campo diminui linearmente com o aumento do número atômico da terra rara, mostrando que a principal fonte para o campo hiperfino vem da polarização dos elétrons de condução. O gradiente de campo elétrico para 111Cd RZn mostrou uma forte diminuição com o aumento do número atômico da terra rara. Supõe-se assim que a maior parte da contribuição ao gradiente de campo elétrico tenha origem nos elétrons da camada 4f da terra rara. Já para as medidas de 111Cd GdCu, quando este composto é submetido a um ciclo térmico, sua rede cristalina passa a coexistir em dois sistemas, tanto na estrutura cúbica do tipo CsCl, como na estrutura ortorrômbica do tipo FeB. As medidas com esses dois núcleos foram de fundamental importância, pois ainda não foram vistos trabalhos desses compostos com estas pontas de prova. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O objetivo deste trabalho foi determinar a influência do ferro e do manganês em uma liga de alumínio com 9% de silício (% em peso). Para isto, foram elaboradas duas famílias de liga Al-9%Si: uma com os teores de 0,1%, 0,4%, 0,8% e 1,2% de Fe e uma segunda liga de Al-9%Si-0,8%Fe com teores de 0,1%, 0,4% e 0,7% de Mn. Para a realização deste estudo, foram produzidos corpos de prova de tração fundidos em coquilha, segundo a norma ASTM B108. Os corpos de prova obtidos foram tracionados para avaliação das propriedades mecânicas, em seguida, foram submetidos a uma análise microestrutural por microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). As superfícies de fratura dos corpos de prova tracionados foram também observadas por MEV com a finalidade de comparar o efeito das adições de Fe e Mn. O efeito da adição crescente de Fe na liga Al-9%Si foi observado no ensaio de tração que mostrou queda tanto nos limites de resistência e de escoamento como no alongamento, decorrentes da formação da fase β-Al5FeSi que apresentou morfologia em plaquetas, interrompendo a continuidade da matriz de alumínio. Para teores abaixo de 0,4% de Fe, ocorreu um ligeiro aumento da resistência mecânica que pode ser atribuído à formação da fase α-Al8Fe2Si, que apresentou morfologia tipo escrita chinesa, que não interrompe a continuidade da matriz. Com adição de teores crescentes de Mn na liga Al-9%Si-0,8%Fe ocorreu uma elevação do limite de resistência e do alongamento, mas uma queda do limite de escoamento, quando comparados com a mesma liga sem adição de Mn. Conclui-se que esse comportamento pode ser atribuído a mudança de morfologia do intermetálico de plaquetas para escrita chinesa que intercala a matriz dúctil com a fase frágil, devido a adição do Mn. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Pascoal Jose Giglio Pagliuso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-15T21:09:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bittar_EduardoMatzenbacher_D.pdf: 12237565 bytes, checksum: 74dcda9fcb1da9b6fc8d992b53297127 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Séries de compostos que apresentam a ocorrência de fenômenos físicos interessantes em materiais estruturalmente simples constituem uma excelente oportunidade para se estudar sistematicamente a inter-relação entre tais fenômenos e suas origens microscópicas, sem se ater a efeitos associados com estruturas cristalinas complexas, de mais baixa simetria. Nesse sentido, esta Tese se propôs a estudar três temas de investigação: o sistema CeIn3-xSnx e o seu análogo não magnético LaIn3-xSnx, o sistema CeIn3-xCdx e o composto YbAl3 e o seu composto de referência LuAl3. O sistema CeIn3-xSnx apresenta um ponto crítico quântico (QCP) em x ? 0.7, onde a ordem antiferromagnética (TN = 10 K no CeIn3) é totalmente suprimida. Para 0.7 < x < 2 os compostos são líquidos de Fermi e a partir de x = 2 apresentam valência intermediária. Nesse sistema, dopado com Gd3+, medidas de ressonância de spin eletrônico (ESR) indicaram que o elétron 4f do Ce passa de um comportamento com momento localizado para itinerante com a dopagem de Sn. Os resultados de ESR do Gd3+ no sistema LaIn3-xSnx foram analisados com um modelo de uma única banda (tipo s) e sem dependência com a transferência de momento. Também investigamos o sistema CeIn3-xCdx através de medidas de susceptibilidade magnética, calor específico e resistividade elétrica. A substituição do In por Cd diminui a TN do CeIn3 e igualmente faz o coeficiente do calor específico eletrônico decrescer, indicando que o sistema não está na direção de um QCP. Os compostos YbAl3 e LuAl3, dopados com Gd3+, também foram estudados por ESR, porém, na análise, utilizou-se um modelo de múltiplas bandas para explicar os resultados. Medidas de calor específico e susceptibilidade magnética, nessas amostras, mostraram que interações de troca elétron-elétron estão presentes em ambos os compostos. Esses resultados microscópicos podem ser importantes em modelos teóricos mais realistas para materiais férmions pesados de valência intermedi'aria a base de Yb / Abstract: Series of compounds which have interesting physical phenomena, occurring in structurally simple materials, provide an excellent opportunity to systematically study the interrelationship between these phenomena and their microscopic origins, without worrying about effects associated with other complex crystal structures of lower symmetry. Thus, this thesis set out to study three research themes: the CeIn3-xSnx system and its nonmagnetic analogue LaIn3-xSnx, the CeIn3-xCdx system and the YbAl3 compound and its reference compound LuAl3. The CeIn3-xSnx system has a quantum critical point (QCP) at x ? 0.7, where the antiferromagnetic order (TN = 10 K in CeIn3) is totally suppressed. For 0.7 < x < 2 the compounds are Fermi liquids and from x = 2 the materials show intermediate valence behavior. In this system, doped with Gd3+, measurements of electron spin resonance (ESR) indicated that the Ce 4f electron presents a crossover between a localized to itinerant behavior with Sn doping. The ESR results of Gd3+ in the LaIn3-xSnx system were analyzed with a single band model (s type) and no q dependence. We also investigated the CeIn3-xCdx system by measuring magnetic susceptibility, specific heat and electrical resistivity proprieties. The substitution of In by Cd decreases the TN of CeIn3 and also decreases the electronic specific heat coefficient, indicating that the system is not being tuned to a QCP. The YbAl3 and LuAl3 compounds, doped with Gd3+, were also studied by ESR, but in the analysis, we used multiband model to explain the results. Specific heat and magnetic susceptibility measurements in these samples showed that electron-electron exchange interactions are present in both compounds. These ESR results may be relevant to construct more realistic models of the microscopic behavior of other heavy fermion-based intermediate valence Yb compounds / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências