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焊接壓力對(duì)漆包線銅箔單面點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的影響

0壓器、芯片連接油漆包線(又稱電磁線)廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療設(shè)備和半衰期的生產(chǎn)中(例如傳感器、變壓器、芯片互聯(lián)導(dǎo)線等)。作為一個(gè)內(nèi)部和外部連接介質(zhì),它起到了重要的電子介質(zhì)作用,比如內(nèi)部和外部連接介質(zhì)。漆包線微連接的方法包括釬焊、超聲熱壓焊、激光軟釬焊和微型電阻焊等。微型電阻焊具有易實(shí)施、低成本和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于微電子器件的焊接1試驗(yàn)材料和方法1.1導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果漆包線選用P155p級(jí)改性聚氨酯漆包線,裸線直徑0.10mm,漆膜平均厚度15μm,具有直焊性,拉伸后線材致密?;足~箔選用工業(yè)級(jí)磷青銅箔,尺寸18mm×7mm×0.2mm,化學(xué)成分如表1所示,磷青銅箔表面電鍍有Sn鍍層,厚度3μm,中間層Ni厚度3μm。漆包線的微型電阻焊對(duì)焊接電極有特定的要求。電極尖端以設(shè)定的壓力壓住漆包線后焊接電源放電,電極尖端瞬間流過(guò)強(qiáng)大電流,溫度急劇上升,從而產(chǎn)生點(diǎn)焊所需熱量,因此選取高電導(dǎo)率的鎢合金作為電極材料,制成如圖1所示形狀的鎢合金電極。1.2超顯微組織試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備采用自行研制的微型電阻焊電源,輸出精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快漆包線銅箔單面點(diǎn)焊試驗(yàn)的焊接方法如圖2所示。通過(guò)踏板使電極壓力F漆包線銅箔單面點(diǎn)焊試驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)接頭拉斷力和焊點(diǎn)表面狀況來(lái)評(píng)判其焊接質(zhì)量用5400萬(wàn)像素的超景深三維光學(xué)顯微鏡(VHX-600,KeyenceCorporation,Japan)觀察焊點(diǎn)外觀形貌和金相組織,焊點(diǎn)長(zhǎng)度L、寬度W的測(cè)量如圖6所示。采用熱壓鑲嵌的方法制成金相樣品,金相樣品以垂直線材方向?yàn)闄M截面制樣,拋光后選用FeCl2焊接壓力對(duì)金相焊接質(zhì)量的影響通過(guò)前期試驗(yàn)設(shè)定焊接電流370A、焊接時(shí)間20ms,焊接壓力從36盎司(10.2N)增加到54盎司(15.3N),共分為10組,每組進(jìn)行5次試驗(yàn),測(cè)量焊點(diǎn)寬度和長(zhǎng)度,記錄每次試驗(yàn)的接頭拉斷力及斷裂方式,焊點(diǎn)寬度、長(zhǎng)度及拉斷力均取平均值作為結(jié)果數(shù)據(jù),如表2所示。使用Origin軟件處理數(shù)據(jù)得出理想的曲線模型,接頭拉斷力、焊點(diǎn)寬度、長(zhǎng)度隨焊接壓力增加的變化規(guī)律如圖7~圖9所示。由圖7可知,在焊接電流、焊接時(shí)間一定的條件下,隨著焊接拉力從36盎司(10.2N)遞增到46盎司(13N),拉斷力持續(xù)增大且達(dá)到峰值,繼續(xù)增加焊接壓力,接頭拉斷力開(kāi)始減小。焊接壓力在46盎司(13N)以下時(shí),其失效形式大部分為焊點(diǎn)脫落;壓力為44盎司(12.45N)時(shí),僅有兩次測(cè)試為線材斷裂;焊接壓力大于46盎司(13N),樣品焊接質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到較好效果,95%以上的失效形式為線材斷裂。壓力為46盎司(13N)樣品僅出現(xiàn)一次焊點(diǎn)脫落,滿足焊接穩(wěn)定性的要求。由圖8可知,焊接壓力從36盎司(10.2N)增大到54盎司(15.3N),焊點(diǎn)寬度總體保持增加趨勢(shì)。當(dāng)焊接壓力為36~48盎司(10.2~13.6N)時(shí),焊點(diǎn)寬度隨焊接壓力的增大而顯著增加;繼續(xù)加大焊接壓力,焊點(diǎn)寬度增幅明顯變緩。由圖9可知,焊點(diǎn)長(zhǎng)度隨著焊接壓力增大的變化幅度很小,保持一定幅度的波動(dòng)隨著焊接壓力的增大,由于漆包線銅芯的徑向束縛,焊點(diǎn)長(zhǎng)度變化不明顯,主要取決于焊接電極的結(jié)構(gòu)和形狀。但是隨著壓力增大,通過(guò)電極施加在漆包線的機(jī)械力增強(qiáng)了漆膜壓碎作用,提高漆膜去除率;其次漆包線隨著壓力增大而被壓得越扁平,焊點(diǎn)寬度加寬,電極和漆包線的接觸面積增大,更多有效的焊接熱量先燒蝕漆膜然后從銅線傳遞到銅箔;最后,隨著壓力增大,漆包線和銅箔結(jié)合得越緊密,產(chǎn)生的熱量也更容易從電極尖端向漆包線和銅箔傳遞,促進(jìn)焊點(diǎn)結(jié)合力,所以焊接后接頭拉斷力會(huì)增大。根據(jù)公式式中F為接頭拉斷力;σ為鍵合強(qiáng)度;A為鍵合面積為了更好地評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量,選取一組不同焊接壓力下的接頭圖片,如圖10所示。不同焊接壓力下的接頭外觀質(zhì)量好,脫漆程度高,焊接電極產(chǎn)生的熱量使壓塌的漆膜直接汽化,焊點(diǎn)附近漆包線上的漆膜在高溫下迅速向兩端回縮;焊點(diǎn)處未產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形、氧化發(fā)黑、焊點(diǎn)炸裂、電極粘連等焊接缺陷選取焊接壓力為46盎司(13N)的金相樣品進(jìn)行觀察,如圖11所示??梢钥闯?銅線在焊接過(guò)程中發(fā)生塑性變形,形狀由橢圓變得扁平;由于Sn的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于Cu,焊接后結(jié)合處的Sn熔化與銅線形成軟釬焊接頭;在壓力作用下Sn層被擠壓到線材兩側(cè),在兩側(cè)形成光滑的圓角,銅線直接與硬度、熔點(diǎn)更高的Ni層固相鍵合,結(jié)合處存在明顯的Ni層界線,整體實(shí)現(xiàn)漆包線和銅箔“軟釬焊-固相鍵合”接頭。熔化的Sn在銅線兩側(cè)形成的過(guò)渡圓角可顯著提高接頭拉斷力在生產(chǎn)實(shí)踐中,漆包線的微連接不僅追求高的接頭抗拉強(qiáng)度,還追求良好的焊點(diǎn)外觀。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,焊接壓力在44盎司(12.45N)、46盎司(13N)、48盎司(13.58N)時(shí),接頭拉斷力分別為0.88346N、0.94316N、0.93054N,焊點(diǎn)寬度分別為183.526μm、202.066μm、206.77μm。對(duì)拉斷力而言,漆包線自身線材拉斷力為1.4N,焊接后的焊點(diǎn)拉斷力達(dá)到母材拉斷力的約65%,焊點(diǎn)寬度約為漆包線母材線徑的1.7~1.9倍,滿足實(shí)際生產(chǎn)中漆包線微連接穩(wěn)定性的要求。3焊接接頭失效分析(1)接頭拉斷力隨焊接壓力的增大先上升后下降,在約46盎司(13N)時(shí)達(dá)到最大。焊接壓力過(guò)小,拉斷力較低且焊點(diǎn)失效形式為結(jié)合面脫落;焊接壓力過(guò)大,使線材損傷,接頭拉斷力逐漸變小,焊點(diǎn)失效形式為線材斷裂。(2)焊點(diǎn)寬度隨著焊接壓力的增大而增加;焊點(diǎn)長(zhǎng)度隨焊接壓力的變化很小,主要由焊接電極的形狀和結(jié)構(gòu)決定。(3)線材產(chǎn)生塑性變形,銅箔Sn鍍層熔化被擠壓堆積在線材兩側(cè),漆包線

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