电-热-力耦合作用下焊锡焊接工艺与焊锡成形控制方法研究

作     者：李光尧 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆见光

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：热压焊 伺服加压 成形控制 多参数协同控制 焊锡接点 微观组织 

摘      要：在电子器件连接中,焊锡接点一方面能实现电子元器件之间的电气连接,起到信号传输和电路导通的作用,一方面又起到机械支撑的作用。由于传统的热压焊接采用气动加压方式,存在压力控制波动范围大、控制精度低的问题,极易造成焊锡溢出、焊点偏移、焊点浮起虚焊等缺陷。焊锡接点的强度和表面质量是评价焊点质量的重要因素。因此,深入分析电热力耦合作用下热压焊锡焊接过程中焊锡接点的成形过程,探究改善焊点成形的控制方法,对提高焊锡接点的质量有重大意义。首先基于STM32核心控制器,构建伺服加压控制系统。设计系统硬件电路和软件程序,实现对焊接过程的实时控制和过程动态参数监测;设计正交试验优化焊接工艺参数,探究焊接参数对焊锡接点质量的影响。结果表明,焊接压力对焊锡接点成形效果影响程度最大。压力过小导致焊接过程中热量传递效率低,无法形成有效完整的焊锡接点;压力过大不仅导致焊锡外溢造成搭接短路,还造成焊锡接点表面压痕过深、焊锡成形高度不足、焊点焊后残余应力集中、宏观形貌光泽度差缺陷。提出温度-压力-位移协同控制策略,实现焊锡接点成形过程的动态化控制。结果表明,焊锡接点表面成形形态得到明显改善。在多参数协同控制下,焊锡接点强度呈现先上升后下降的变化趋势,焊锡成形高度与焊点强度成正相关性,实现了对焊接过程焊锡成形高度的精确控制。试验结果表明设计的伺服加压控制系统稳定,提出的温度-位移-压力协同控制方式改善了焊锡接点质量,焊点成形更加美观、稳定、可靠。获取不同焊接温度和焊接时间条件下的焊锡接点,分析了工艺参数对焊锡接点的微观结构演化及力学性能的影响。通过SEM、EDS能谱分析,得出其中间典型形貌界面组织为CnSn。当焊接温度过低或焊接时间不足时,焊锡接点中间层越粗糙,焊锡接点强度越低,焊锡接点的断裂方式主要为脆性断裂;随着焊接温度的升高和焊接时间的增加,焊锡接点中间层组织形貌不断由扇贝状逐渐转变为较为平整的界面,焊锡接点的断裂方式由脆性断裂方式转变为脆韧性混合断裂模式;在焊接压力12 N,焊接时间4000 ms,焊接温度420℃时强度达到35 N。电参数焊接电流积分值增加,焊接能量不断累积,积分值与焊锡接头力学性能成正比列关系。