航天电子产品焊点缺陷的热仿真与试验

推导了恒定激光脉冲激励作用下的焊点瞬态热平衡方程,及基于极限温差反问题识别的缺陷尺寸及热阻解析求解方法;通过建立空洞缺陷焊点数字化模型,对恒定激光脉冲激励过程进行了热分析仿真,得到了焊点温差、热阻及缺陷尺寸之间的演化规律;通过制备虚焊缺陷焊点试验样本,实施了不同温度参数组合下的热试验,并对热试验后的焊点缺陷演化情况进行红外测温分析.试验结果表明,热试验过程中的焊点缺陷演化机理具有与金属材料蠕变曲线相似的变化规律,缺陷尺寸呈现先增大、后减小及再增大的变化行为,有助于完善和补充焊点的热试验理论.     

电阻点焊超声在线监测

电阻点焊质量决定了车身强度和车辆安全。超声无损检测方法常用于焊后抽检,但车身焊装完成后,结构内部诸多焊点难以触及,无法检测。针对上述问题,将超声检测技术应用于焊接过程监测,基于脉冲-回波超声探头与特征信号分析技术,研究点焊过程工件内部超声场瞬态分布情况;设计了新型内置超声波探头电极结构,将超声探头嵌入电极动臂水冷腔,进行脉冲电阻点焊超声在线监测试验,分析超声时程、焊接过程超声回波特征;利用声学信号实时记录焊核熔化和凝固过程,并研究点焊典型焊接缺陷虚焊的超声回波图特征,分析基于回波的虚焊焊点鉴别方法。研究结果表明,通过观察C扫描图像特征与A扫描信号的变化,能够很好地划分点焊接头的热影响区、熔合区、熔核区以及焊接缺陷。通过C扫描图像特征对虚焊焊点进行快速识别,进而实现点焊缺陷检测和熔核尺寸测量。     

宏程序在机器人电阻焊厚度检测的应用及分析

在轿车车门翼板电阻焊过程中，针对机器人伺服焊枪经过多个焊点操作后工件间隙扩大和2层板材厚度增加造成的焊接质量下降问题，基于ANSYS有限元技术对B180H1烘烤硬化钢板电阻焊过程进行热传导数值模拟分析，探究板材厚度对焊接热传导效率及熔核直径大小的影响。运用FANUC伺服焊枪的板材厚度动态检测功能和宏程序跳转指令，在板材厚度极限值超出时停止机器人焊接程序并及时报警，减少板材间隙增大带来的飞溅和虚焊等缺陷，提高形核质量和焊接精度，保证轿车车门翼板电阻焊前后焊点质量的稳定。     

TA2钛合金管道仰焊位置PAW焊缝成形研究

对准Ф219 mm×8.8 mm TA2钛合金管道全位置等离子弧焊仰焊焊缝成形进行了研究,通过对仰焊位置熔池受力分析,阐述了仰焊位置PAW焊缝成形缺陷产生的原因,分析认为仰焊位置PAW内凹的产生与穿孔熔池受重力影响引起的熔池"塌陷"密切相关。仰焊位置PAW的特点是焊缝正面熔宽较大、背面熔宽较小,且焊缝背面余高较小易产生内凹缺陷。通过试验表明,不同焊接参数对焊缝成形影响均不相同,焊缝背面熔宽对焊接参数变化较敏感,当各参数之间相互匹配时,可得到良好的焊缝成形。     

车架第二横梁总成焊接工作站的设计与实施

轻卡车架第二横梁组焊,焊合件厚度不同,满焊位置多,焊点多,自动焊接难度大。分析车架第二横梁总成焊接工艺性,给出车架第二横梁总成焊合工作站的设计方案及焊接工艺指导书。机器人自动焊接实现了第二横梁总成焊接全自动化,解决了焊接节拍高、焊点位置复杂、工人劳动强度大、人工成本高、工作环境恶劣等问题,提高了焊合效率;在焊合调试过程中,对咬边、焊穿、焊核偏小等焊合缺陷问题提出了解决措施,效果显著;焊合工作站机器人自动焊接的一致性,克服了人为因素带来的不足,质量稳定可靠,产品成形美观,具有很高的工程应用价值。     

太阳电池阵枪式微型电阻焊接系统设计与分析

太阳电池阵枪式微型电阻焊接系统采用电阻点焊的方法,辅以自动化操作,控制系统设有机器视觉监控可实时监控焊接情况.焊后对焊点进行金相分析,焊点界面结合紧密,无局部未焊合或虚焊、微裂纹、孔洞等明显缺陷,焊点综合性能佳.该焊接系统的研制对实现太阳电池阵的高效自动化组装和焊接,提高太阳电池阵焊点的承载能力、极端温度下的力学性能、可靠性、导电性等具有重要意义.     

航天高强铝合金点焊工艺对焊点质量的细致影响

通过对航天高强铝合金点焊焊核的显微分析,得到了不同焊接参数(压力、电流)对焊核几何尺寸、晶粒大小的影响,获得了焊接参数与焊核显微组织的相关性,能够在焊接参数变化较小、特征信号没有明显变化的情况下观察到焊接参数对焊核质量的细致影响,为点焊过程的精量化控制的进一步研究打下了基础.采用有限元分析软件SYSWELD,对铝合金点焊过程进行了建模仿真.研究了不同电极力、点焊电流与焊点熔核半径等焊点特征量之间的关系及其规律性.     

螺旋焊管焊接裂纹产生的原因及防控措施

焊接裂纹是焊缝缺陷中最常见的一种,其中焊接原材料的化学成分、内焊焊点位置、偏心距、焊接规范和焊丝间距以及成型工艺等对螺旋钢管生产焊缝裂纹都有影响。本文对实际生产中出现的问题加以探讨和研究。     

钢筋焊接网电阻点焊工艺的研究

介绍了钢筋网的自动化生产工艺及其设备构成．研究了电阻点焊工艺参数对冷轧带肋钢筋网焊接质量的影响。结果表明：当焊接电流越强，电极压力越大，焊接通电时间越长时，钢筋网焊点虚焊率越低，压入深度越大。焊接电流时压入深度的影响明显大于电极压力和焊接通电时间。     

基于2D投影的BGA焊点X射线检测缺陷图像处理方法

讨论了BGA封装器件焊接的特点,并对BGA封装器件焊点检测方法进行了阐述。采用X射线检测法,通过图像处理技术检测每个焊点的面积、质心和圆度,以此来判断焊点是否有漏焊、焊锡球、桥连、焊球过大或过小、偏移以及焊球变形等缺陷。试验证明,所用系统可以快速、准确地检测出BGA封装器件中常见的焊点缺陷,为BGA封装器件焊点的质量提供保障。     

CuSnTi钎料焊膏与焊片钎焊性能对比

为验证CuSnTi_8-5焊膏的熔化条件可以使用与焊片相同的焊接工艺,以及其钎焊接头性能不低于焊片接头性能,分别使用差热分析(DSC)、铺展性试验及测试接头力学性能,并使用扫描电子显微镜(SEM)与能谱仪(EDS)对接头进行组织分析,研究比较了焊膏与焊片相关性能表现。试验结果表明,CuSnTi_8-5焊膏与焊片有着接近的固液相温度,其完全满足焊片的焊接工艺;焊膏的润湿铺展性能优于焊片,且其钎焊接头强度高于焊片接头。分析其原因,在于同样的钎焊温度下,焊膏与基材作用时间长,可获得更多的润湿动能,因此呈现更高的铺展系数。另外,焊片无法像焊膏在焊缝周围形成明显的润湿圆角,影响了接头力学性能。通过组织分析,二者钎缝与母材间形成的Cu-Ti固溶体状态不同是造成了润湿性与接头力学性能差异的原因。     

元器件镀金引脚焊点开裂失效分析与控制

宇航元器件镀金引脚钎焊前，需对焊接位置进行去金搪铅锡处理，避免焊接界面生成脆性金锡化合物，防止在使用时受外力作用而发生焊点“金脆”开裂.文中针对某宇航型号所用霍尔元件镀金引脚的焊点经历环境试验后脱落的问题，对相关镀金引脚焊点的形貌、金相与界面结构进行分析. 结果表明，元件引脚焊接位置已进行去金处理，但其焊接位置末端局部去金不彻底，焊点界面局部区域生成脆性金锡化合物，导致焊点前端生成裂纹源；经历宇航级温度循环或外力冲击考核试验时，因裂纹前端存在应力集中，导致裂纹持续扩展并发生焊点开裂脱落失效.确保镀金引线焊接位置去金质量并严控钎焊位置，避免在焊点内局部区域生成脆性金锡化合物，对提升镀金引脚焊点可靠应用具有重要意义.     

Joint strength of aluminum ultrasonic soldered under liquidus temperature of Sn–Zn hypereutectic solder

In order to obtain high-strength aluminum joints, ultrasonic soldering of 1070 aluminum was conducted under liquidus temperature of Sn–Zn hypereutectic solder. A device for ultrasonic soldering was assembled, which propagated ultrasonic vibrations in a direction perpendicular to joining surfaces. This device joined 1070-Al using quasi-melting Sn–Zn hypereutectic solder without using any artificial spacers. The strength of the solder joints was evaluated by tensile tests. The optimum joining conditions were determined, and the effects of solder compositions and soldering temperature on the joint strength and the solder layer thickness were examined. In this ultrasonic soldering process, the highest tensile strength was obtained for the solder joints fabricated at 220 °C for the Sn–23Zn and Sn–40Zn solder compositions. The joint strength was equivalent to that of 1070-Al heat treated at 220 °C. The sound joints were obtained at 300 °C using Sn–82Zn solder, the liquid phase volume fraction of which was theoretically only 0.24. The present work also revealed that the thickness of retained solder layer in the joint after ultrasonic soldering could be estimated. Accordingly, ultrasonic soldering under the liquidus temperature of Sn–Zn hypereutectic solder could be a spacer-free soldering method to obtain high-strength aluminum joints.     

航天电子产品中SMT焊点形态对其疲劳寿命的影响

深入分析了航天电子产品中表面组装技术(surface mount technology,简称SMT)焊点可靠性影响因素及失效机理,研究了温度循环下SMT焊点弹塑性应力应变规律及其寿命预测方法,并在此基础上探索了元件与焊盘间隙、钎料量、外轮廓等形态对焊点热疲劳寿命的影响,揭示焊点形态与应力应变和疲劳寿命之间的对应关系,以寻求具有较为理想力学性能及热循环寿命的焊点形态. 结果表明,上述理论方法为实际焊接过程中的PCB上焊盘尺寸的合理设计提供了理论支撑.     

博世UIR技术在汽车高强钢电阻点焊上的应用

根据高强钢板的物理特性,介绍高强钢板电阻点焊的难点,通过优化焊接参数,如增大焊接压力、延长焊接时间、减小焊接电流、增加焊前预热、减小修磨间隔点等可以有效消除高强钢点焊过程中的焊点毛刺、焊点裂纹和熔核缩孔等缺陷。简述博世UIR系统的动态电阻检测原理、恒功率补偿原理和焊点质量监控原理。采用UIR系统采集并建立焊点的标准动态电阻曲线,根据标准动态曲线对点焊过程进行能量补偿,有效弥补高强钢点焊常见的飞溅导致的能量损失,提高焊点质量。通过UIR系统监控功能有效保障焊点质量和点焊过程的稳定性,满足高强钢实际生产需要,并延长电极使用寿命。     

埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变分析

建立了埋入式基板微尺度球栅阵列焊点三点弯曲应力应变有限元分析模型,分析了焊点材料、焊点间距、PCB支撑跨度及焊点阵列对焊点弯曲应力应变的影响,结果表明,三点弯曲加载条件下,埋入式基板微尺度BGA焊点阵列的最大弯曲应力应变均出现在最外围拐角处焊点上.当三点弯曲加载到相同位移载荷下,SAC387材料焊点的弯曲应力最大,62Sn36Pb2Ag材料焊点的弯曲应力最小;随着支撑跨度的增大,焊点内最大弯曲应力应变均随之减小;随着BGA焊点间距的增大,焊点内部最大弯曲应力应变值均增大;随着BGA焊点阵列数的增大,焊点内部最大应力应变值均增大.     

Development of a Duothermal Soldering Process

For joining electric or electronic components and a printed circuit board, mass soldering methods are mostly applied due to their high productivity. In few cases selective soldering is required concerning economical or technical issues. However, also established selective soldering methods are incapable of reliably soldering temperature sensitive components. The substrates or the elements often cannot withstand the applied process temperatures of these methods. A new selective soldering process, the Duothermal Soldering, was developed which reduces heat input to the joint by employing low process temperature and precisely dispensing solder. This process is based on separating the application of heat to liquefy the solder and to heat the elements to be joined. For the purpose of evaluation, a prototype has been implemented and tested on flexible printed circuits and flexible flat cables.     

软钎焊料漫流性的研究

对多种锡铅焊料进行一系列不同条件下的漫流性试验，分析它们在铜表面上的铺展状况，最后归纳出焊料成分、钎焊温度、助焊剂对软钎焊料漫流性影响的规律。     

磁控溅射Cu-Cr合金薄膜与Sn-Ag-Cu焊料在时效处理时的界面反应

采用磁控溅射的方式沉积不同Cr含量的Cu-Cr合金薄膜,通过与Sn-Ag-Cu(SAC)焊料在240 ℃下回焊形成焊点结构,然后将试样置于180 ℃下进行真空时效处理。研究Cu-Cr合金作为凸点下金属化(UBM)层时与SAC形成焊点的焊接可靠性。使用配备能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜和多功能推力测试仪等分析界面金属间化合物(IMC)的形貌及焊点的剪切强度。结果表明,SAC/Cu-Cr焊点结构在回焊后形成了不同于传统的SAC/Cu焊点扇贝状IMC的针状IMC。在时效处理后,Cr在晶界处的偏析形成了富铬层,其作为扩散阻挡层阻碍Cu扩散到IMC中,使得Cu₃Sn和柯肯达尔空洞的生长受到抑制。剪切强度测试结果表明,回焊后SAC/Cu-Cr试样比SAC/Cu试样具有更高的剪切强度。Cr靶电流为1.5 A的Cu-Cr合金UBM层形成的焊点结构具有较小的IMC厚度,且拥有最高的焊点剪切强度。证实了Cu-Cr 合金UBM层有利于提高焊接可靠性。