【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,散熱問題已經(jīng)成為制約電力電子器件發(fā)展的主要問題。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,國內(nèi)目前還處在瓶頸階段。如果能夠通過焊接銅材實現(xiàn)其在微小電子器件方面的散熱應(yīng)用,就可以打破國外對中國的技術(shù)封鎖,實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。電阻點焊因其加熱時間短、產(chǎn)熱集中、生產(chǎn)效率高等特點,在焊接小而薄的銅材方面具有突出的優(yōu)勢,對其進行深入研究并進行工藝參數(shù)優(yōu)化對推動銅材在微小電子產(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焊工藝,研究設(shè)計了電阻點焊實驗設(shè)備,主要包括焊接電極和電極夾具設(shè)計,焊接電源和加壓機構(gòu)選型。提出了通過測量內(nèi)側(cè)焊點直徑代替直接測量熔核直徑的方法,分析了實驗過程中出現(xiàn)的焊接缺陷,發(fā)現(xiàn)了文獻中未曾提及的焊點缺陷“凸起”,并對其進行了相關(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,對純銅片和鍍錫銅片進行電阻點焊實驗,對焊點的表面形貌及拉剪力進行對比。實驗表明,純銅焊點在拉剪過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;鍍錫銅焊點在表面形貌和拉剪力方面均遠優(yōu)于純銅焊點。分別以預(yù)熱電流、焊接電流、預(yù)熱時間、焊接時間、電極壓力和保壓時間作為研究因素,以焊點的表面形貌、熔核直徑和拉剪力作為焊點質(zhì)量的參考指標(biāo),研究各影響因素對鍍錫銅片焊點質(zhì)量的影響規(guī)律。實驗表明:除了焊接電流、焊接時間和電極壓力對鍍錫銅片的焊點質(zhì)量有影響之外,預(yù)熱電流、預(yù)熱時間和保壓時間對鍍錫銅片的焊點質(zhì)量也有顯著的影響。采用正交實驗設(shè)計的方法對鍍錫銅焊點的焊接參數(shù)進行優(yōu)化,選用L_(25)(5~6)正交表進行正交實驗,得出最優(yōu)實驗參數(shù)組合以及各因素對焊點質(zhì)量影響的程度。實驗結(jié)果表明,各因素對熔核直徑的影響程度為:焊接電流焊接時間預(yù)熱時間保壓時間預(yù)熱電流電極壓力;各因素對拉剪力的影響程度為:焊接電流焊接時間保壓時間電極壓力預(yù)熱時間預(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)熱時間為14ms,焊接時間為10ms,電極壓力為8kgf,保壓時間為50ms,優(yōu)化后的參數(shù)下能夠獲得形貌成型良好,強度較高的焊點,焊點的拉剪力可達到319.413N。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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，以及對大氣、海水等具有耐腐蝕性，在子電氣、機械化工和動力交通等工業(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、加工性能好已被廣泛推廣應(yīng)用在發(fā)機、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行組合使用。有時候受加工環(huán)境和使用條的約束，必須采用焊接方式來實現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用[5]。。但純銅在焊接的過程中，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，以及對大氣、海水等具有耐腐蝕性，在子電氣、機械化工和動力交通等工業(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、加工性能好已被廣泛推廣應(yīng)用在發(fā)機、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行組合使用。有時候受加工環(huán)境和使用條的約束，必須采用焊接方式來實現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用[5]。。但純銅在焊接的過程中，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，防止晶粒長得過大[16]。蘭州理工大學(xué)的王希靖，達朝炳等[17]在研究厚度為 4mm 的紫銅攪拌摩擦焊焊接工藝時，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，得到的攪拌摩擦焊接頭組織致密、沒有孔洞，其接頭平均抗拉強度可達到母材的 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】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 黃松茂;劉小娟;;純銅散熱片的高速切削技術(shù)研究[J];裝備制造技術(shù);2015年10期

2 許為柏;;綠光-紅外混合激光焊接銅[J];電焊機;2015年08期

3 肖長源;吉華;李達;劉謙;;16mm厚T2銅攪拌摩擦焊組織及接頭力學(xué)性能分析[J];熱加工工藝;2015年11期

4 李少哲;李遠波;周磊磊;郭鐘寧;;漆包線與銅箔的單面點焊工藝試驗[J];電焊機;2015年04期

5 帥歌旺;周平建;劉建彬;;電阻點焊電極的研究進展與發(fā)展趨勢[J];材料導(dǎo)報;2015年07期

6 郭瑞鵬;楊戰(zhàn)利;李遠;;電阻焊在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀[J];機械制造文摘(焊接分冊);2015年01期

7 石紅信;寇江昆;孫書娟;范學(xué)彬;崔建國;趙登科;盧敦;;基于銅鍍層的低碳鋼/鋁合金電阻點焊接頭性能[J];電焊機;2014年10期

本文編號：2749808