發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 02:10

【摘要】：隨著電力電子產(chǎn)品集成度增高、特征尺寸減小,頻率提高,電子元器件的熱失效和熱退化現(xiàn)象更加突出,散熱問(wèn)題已經(jīng)成為制約電力電子器件發(fā)展的主要問(wèn)題。雖然銅由于其優(yōu)良的散熱性能在電子器件的散熱方面具有廣泛的應(yīng)用,但是關(guān)于對(duì)微小電子器件的散熱裝置尤其是多層鏤空內(nèi)部具有復(fù)雜流道的微小有源冷卻裝置的技術(shù)研究,國(guó)內(nèi)目前還處在瓶頸階段。如果能夠通過(guò)焊接銅材實(shí)現(xiàn)其在微小電子器件方面的散熱應(yīng)用,就可以打破國(guó)外對(duì)中國(guó)的技術(shù)封鎖,實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。電阻點(diǎn)焊因其加熱時(shí)間短、產(chǎn)熱集中、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),在焊接小而薄的銅材方面具有突出的優(yōu)勢(shì),對(duì)其進(jìn)行深入研究并進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化對(duì)推動(dòng)銅材在微小電子產(chǎn)品散熱方面的應(yīng)用具有重要意義。鑒于銅-銅焊接比較困難,本文提出在銅片上加入鍍錫層以提高其焊接性。本文圍繞鍍錫銅電阻點(diǎn)焊工藝,研究設(shè)計(jì)了電阻點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)設(shè)備,主要包括焊接電極和電極夾具設(shè)計(jì),焊接電源和加壓機(jī)構(gòu)選型。提出了通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)焊點(diǎn)直徑代替直接測(cè)量熔核直徑的方法,分析了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的焊接缺陷,發(fā)現(xiàn)了文獻(xiàn)中未曾提及的焊點(diǎn)缺陷“凸起”,并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)果表明,“凸起”產(chǎn)生的原因可能是由于電極與工件之間的接觸電阻不均,電極出現(xiàn)損傷,焊點(diǎn)比較小,熱量集中且不易散去等造成的。在相同的焊接工藝參數(shù)下,對(duì)純銅片和鍍錫銅片進(jìn)行電阻點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn),對(duì)焊點(diǎn)的表面形貌及拉剪力進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明,純銅焊點(diǎn)在拉剪過(guò)程中的斷裂形式全部是界面斷裂,力學(xué)性能不滿足焊接要求;鍍錫銅焊點(diǎn)在表面形貌和拉剪力方面均遠(yuǎn)優(yōu)于純銅焊點(diǎn)。分別以預(yù)熱電流、焊接電流、預(yù)熱時(shí)間、焊接時(shí)間、電極壓力和保壓時(shí)間作為研究因素,以焊點(diǎn)的表面形貌、熔核直徑和拉剪力作為焊點(diǎn)質(zhì)量的參考指標(biāo),研究各影響因素對(duì)鍍錫銅片焊點(diǎn)質(zhì)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明:除了焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力對(duì)鍍錫銅片的焊點(diǎn)質(zhì)量有影響之外,預(yù)熱電流、預(yù)熱時(shí)間和保壓時(shí)間對(duì)鍍錫銅片的焊點(diǎn)質(zhì)量也有顯著的影響。采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對(duì)鍍錫銅焊點(diǎn)的焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,選用L_(25)(5~6)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),得出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合以及各因素對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量影響的程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,各因素對(duì)熔核直徑的影響程度為:焊接電流焊接時(shí)間預(yù)熱時(shí)間保壓時(shí)間預(yù)熱電流電極壓力;各因素對(duì)拉剪力的影響程度為:焊接電流焊接時(shí)間保壓時(shí)間電極壓力預(yù)熱時(shí)間預(yù)熱電流。得到的最佳工藝參數(shù)為:預(yù)熱電流為1000A,焊接電流為2200A,預(yù)熱時(shí)間為14ms,焊接時(shí)間為10ms,電極壓力為8kgf,保壓時(shí)間為50ms,優(yōu)化后的參數(shù)下能夠獲得形貌成型良好,強(qiáng)度較高的焊點(diǎn),焊點(diǎn)的拉剪力可達(dá)到319.413N。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG453.9
【圖文】：

電子設(shè)備集成度的提高使器件的特征尺寸不斷減小，頻率不斷提高，導(dǎo)致電力電子備單位面積的發(fā)熱功率不斷提高，元器件的熱失效和熱退化現(xiàn)象更加突出[2]。因此，熱問(wèn)題成為制約電力電子器件尤其是微小電子器件發(fā)展的主要問(wèn)題。純銅因其呈紫紅色，故又稱紫銅。銅，作為一種最古老的金屬，由于具有良好的電導(dǎo)熱性，在常溫和低溫下具有良好的塑性，以及對(duì)大氣、海水等具有耐腐蝕性，在子電氣、機(jī)械化工和動(dòng)力交通等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用[3]，尤其是在電力電子器的散熱方面。當(dāng)前，純銅散熱片因其散熱性能強(qiáng)、加工性能好已被廣泛推廣應(yīng)用在發(fā)機(jī)、電腦 CPU、高檔音響、大功率激光器等設(shè)備上作為散熱裝置[4]，如圖 1-1 為大率半導(dǎo)體激光器熱沉，圖 1-2 為電腦 CPU 散熱器，都是銅在散熱方面的具體應(yīng)用。些微小電子器件的散熱裝置通常體積較小，有些甚至具有多層結(jié)構(gòu)并且內(nèi)部設(shè)有微道，這種類型的散熱裝置在制造過(guò)程中通常不能完全使用整材，很多情況下為了發(fā)出最佳性能，需要將不同材料不同部位進(jìn)行組合使用。有時(shí)候受加工環(huán)境和使用條的約束，必須采用焊接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用[5]。。但純銅在焊接的過(guò)程中，由于熱

電子設(shè)備集成度的提高使器件的特征尺寸不斷減小，頻率不斷提高，導(dǎo)致電力電子備單位面積的發(fā)熱功率不斷提高，元器件的熱失效和熱退化現(xiàn)象更加突出[2]。因此，熱問(wèn)題成為制約電力電子器件尤其是微小電子器件發(fā)展的主要問(wèn)題。純銅因其呈紫紅色，故又稱紫銅。銅，作為一種最古老的金屬，由于具有良好的電導(dǎo)熱性，在常溫和低溫下具有良好的塑性，以及對(duì)大氣、海水等具有耐腐蝕性，在子電氣、機(jī)械化工和動(dòng)力交通等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用[3]，尤其是在電力電子器的散熱方面。當(dāng)前，純銅散熱片因其散熱性能強(qiáng)、加工性能好已被廣泛推廣應(yīng)用在發(fā)機(jī)、電腦 CPU、高檔音響、大功率激光器等設(shè)備上作為散熱裝置[4]，如圖 1-1 為大率半導(dǎo)體激光器熱沉，圖 1-2 為電腦 CPU 散熱器，都是銅在散熱方面的具體應(yīng)用。些微小電子器件的散熱裝置通常體積較小，有些甚至具有多層結(jié)構(gòu)并且內(nèi)部設(shè)有微道，這種類型的散熱裝置在制造過(guò)程中通常不能完全使用整材，很多情況下為了發(fā)出最佳性能，需要將不同材料不同部位進(jìn)行組合使用。有時(shí)候受加工環(huán)境和使用條的約束，必須采用焊接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用[5]。。但純銅在焊接的過(guò)程中，由于熱

第一章 緒論1.2 銅焊接研究現(xiàn)狀關(guān)于銅的焊接研究，目前用的比較多得是攪拌摩擦焊、鎢極氬弧焊以及激光焊接等方法。銅焊接過(guò)程中，最重要的是預(yù)熱和保溫，并且采用較快的焊接速度，防止晶粒長(zhǎng)得過(guò)大[16]。蘭州理工大學(xué)的王希靖，達(dá)朝炳等[17]在研究厚度為 4mm 的紫銅攪拌摩擦焊焊接工藝時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度 n 在 400~700r/min 的范圍內(nèi)變化，焊接速度 v 在35~60mm/min 的范圍內(nèi)變化，壓入深度范圍為 0.1~0.2 時(shí)，得到的攪拌摩擦焊接頭組織致密、沒(méi)有孔洞，其接頭平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材的 80%。如圖 1-3 所示，是在不同焊接參數(shù)下的紫銅攪拌摩擦焊的焊縫外觀圖。

【參考文獻(xiàn)】

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