СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Технологические схемы процессов сварки давлением

Способ сварки с приложением давления Р (Р-процесс). Холодная сварка. Активация соединения при холодной сварке осуществляется только приложенным давлением.

Холодной сваркой соединяются металлы, имеющие высокую пластичность при комнатной температуре (Al, Au, Ag, Си, Ni, Pb, Sn и др.). Сварочным инструментом производится сдавливание элементов по различным схемам соединения (рис. 78). Прочность соединения зависит от относительной глубины вдавливания инструмента и качества подготовки поверхности. Минимальная глубина вдавливания инструмента определяется свойством материала.

Для получения качественного соединения перед сваркой материал необходимо тщательно зачищать от окисных пленок и обезжиривать.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 78. Схема холодной сварки: а - сварка внахлестку, б - сварка встык, в - шовная сварка

Минимальная относительная деформация (относительная глубина вдавливания пуансона), необходимая для сварки различных металлов, имеет следующие значения:

Металл........................... Au Sn Ag Al Cu Ni

d min, % 20 40 50 60 80 90

В электронной технике холодная сварка применяется для герметизации по

контуру полупроводниковых приборов, для стыкового соединения электродов радиолампы, для пережима металлических штенгелей электровакуумных приборов после их откачки.

Способы сварки с приложением давления Р в процессе нагрева до температуры Т (PT-процессы). Термокомпрессионная сварка. Принцип образования соединения близок к принципу холодной сварки. Детали

прижимают друг к другу специальным инструментом, обеспечивающим необходимую пластическую деформацию в зоне соединения. Благодаря постоянному подводу теплоты детали находятся в нагретом состоянии, что обеспечивает получение качественного соединения при значительно меньшей деформации элементов, чем при холодной сварке (рис. 79). Нагрев деталей осуществляется контактным способом по одному из трех возможных
вариантов: нагрев столика до 450 °С, нагрев инструмента до 300 °С или одновременный нагрев столика и инструмента (рис. 80). В качестве свариваемых материалов могут быть использованы золото, серебро, алюминий.

Широкая область применения термокомпрессионной сварки в электронике - это разварка выводов от контактных площадок кристаллов на траверсы внешних выводов корпуса. В качестве выводов обычно используется золотая проволока диаметром 10-50 мкм, а контактные площадки из золота или алюминия толщиной до 1 мкм наносятся на поверхность кристаллов.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Время, необходимое для образования соединения, составляет 0,7-1,0 с. Для изготовления инструмента используют капилляры из стекла, а также стержни карбидов вольфрама и быстрорежущей стали.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 79. Принцип термокомпрессионной Рис. 80. Варианты нагрева деталей контактным сварки: 1 - клин, 2 - электродная способом: а - нагрев столика, б - нагрев

проволока, 3 - капилляр, 4 - контактная инструмента, в - одновременный нагрев

площадка на кристалле столика и инструмента

Электроконтактная сварка. Это один из самых распространенных методов сварки металлов давлением, который имеет очень много вариантов. Процесс образования соединения металлических частей при электроконтактной сварке происходит в результате их местного нагрева протекающим электрическим током с одновременным сжатием деталей в месте контакта.

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Джоуля-Ленца.

Особую роль в нагреве места сварки играет контактное сопротивление. Так как в месте контакта детали соприкасаются только отдельными
микровыступами, сопротивление здесь значительно выше, а значит происходит большее тепловыделение и контакт нагревается до более высоких температур. Главенствующая роль тепловыделения в контакте от прохождения электрического тока и определила название процесса «электроконтактная сварка» или просто «контактная сварка». Этот способ сварки изобрел русский инженер Н. Н. Бенардос, который в 1885 году получил патент на способ точечной электросварки клещами с угольными электродами.

Позднее этот способ был усовершенствован (угольные электроды были заменены медными) и появились новые способы контактной сварки: роликовая, стыковая, рельефная и т. д.

Схемы основных современных способов контактной сварки приведены на рис. 81.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 81. Основные способы контактной сварки: а - стыковая, б - точечная, в - роликовая,

г - рельефная

Они отличаются сопряжением деталей в месте соединения, особенностями токоподвода и приложения сварочного давления.

Стыковая сварка (рис. 81, а). Соединяемые детали пристыковываются друг к другу, и соединение образуется по всей плоскости касания (стыка). Различают стыковую сварку сопротивлением (при пропускании тока через постоянно сжатый контакт с последующей осадкой деталей) и стыковую сварку оплавлением (при медленном сближении подключенных к источнику тока деталей с последовательным образованием отдельных микроконтактов, взрывным их оплавлением и последующим сжатием оплавленных торцов).

Точечная сварка (рис. 81, б). Соединяются детали внахлестку на ограниченном участке под сжимающими электродами, к которым подводится электрический ток. Образуется соединение в виде сплющенной капли расплавленного металла в стыке «деталь-деталь» од электродами, которая и кристаллизуется при отключении тока под сжимающим давлением Р. От усадки кристаллизации электроды слегка деформируют поверхность (вдавливаются' в нее), оставляя отпечаток в виде точки. Так что и по характеру соединения, и по внешнему виду это действительно «точечная сварка».

Шовная (роликовая) сварка (рис. 81, в). Соединение внахлестку между листами образуется в виде непрерывного ряда точек от электродов-роликов, между которыми под давлением прокатываются соединяемые детали. Соединение получается в виде сплошного герметичного шва, отсюда и название «шовная сварка» (по виду электродов эта сварка называется «роликовой»).

Рельефная сварка (рис. 81, г). Это соединение двух деталей по большой площади, когда сварка происходит в местах их касания, образованных предварительно сделанными выступами (рельефами) на одной из соединяемых деталей. Получается как бы одновременная многоточечная сварка.

Электроконтактная сварка широко применяется в электронной технике при изготовлении полупроводниковых и электровакуумных приборов,

интегральных микросхем и радиокомпонентов. Контактной сваркой соединяют разнообразные металлы и сплавы: тугоплавкие (вольфрам, молибден, тантал,
ванадий), жаропрочные (титан, ниобий, никель, ковар), с высокой теплопроводностью (медь, золото, серебро, алюминий), конструкционные (железо и его сплавы), а также материалы плакированные, композиционные, многослойные, металлокерамические и т. д. Контактной сваркой соединяют проволочные элементы (электроды, выводы), трубы, полосы, листы; герметизируют корпуса приборов и интегральных микросхем, осуществляют монтаж приборов на платы и т. п.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 82. Принципиальная схема дугопрессовой сварки: а - исходное положение, б - разогрев свариваемых кромок, в - соединение деталей;

1 - выключатель тока, 2 - шпилька, 3 - пластина, 4 - дуговой разряд; стрелкой показано

движение шпильки

а) ё) 8}

Дугопрессовая сварка. Для присоединения деталей типа шпилек и болтов к пластине или плате используется дугопрессовая сварка (рис. 82). При отводе шпильки от пластины между ними возбуждается дуговой разряд, в результате которого торец шпильки и материал пластины под ней нагреваются до расплавления, после чего ударом шпильки о пластину при отключенном токе происходит соединение. Поверхностные загрязнения и окислы при этом выдавливаются из зоны контакта вместе с жидким металлом и образуется соединение высокого качества. Для повышения качества соединения дугопрессовая сварка может производиться в защитной среде, например в среде азота, и тогда этот метод следует относить к (ТМ)-процессу. Одновременно следует обратить внимание, что традиционный источник нагрева для сварки плавлением - электрическая сварочная дуга - используется и как источник нагрева для сварки давлением.

Ударно-конденсаторная сварка. Эта сварка по характеру протекания процессов близка к дугопрессовой сварке. В момент перемещения под действием пружинного механизма одной из деталей (типа шпильки) по направлению к другой на них подается мощный разряд конденсаторной батареи. В промежутке длиной 1-3 мм между деталями образуется искровой пробой, переходящий в дуговой разряд, который успевает частично подплавить торец шпильки и место ее посадки на второй детали. К моменту удара шпильки о вторую деталь энергия, запасенная в конденсаторе, расходуется полностью, а при ударном сжатии соединяемых деталей жидкая поверхностная прослойка между ними вытесняется из зоны контакта, что способствует образованию качественного сварного соединения.

Способы сварки с приложением давления Р в процессе нагрева до температуры Т в защитной атмосфере (РТА-процессы). Одновременно с положительным воздействием нагрева и давления защитная атмосфера в зоне сварки интенсифицирует образование качественного соединения.

Газопрессовая сварка. Здесь используется традиционный источник

нагрева, характерный для сварки плавлением - газовое пламя. Применяя различные типы многопламенных горелок, детали прогревают или с поверхности стыка, или с торца до температур пластичного состояния

нагреваемых элементов, а затем, прикладывая давление, обеспечивают

образование соединения (рис. 83). Регулируя расход газов в горелке, можно получать как окислительную, так и восстановительную атмосферу в газовом факеле и этим оказывать определенное положительное воздействие на процесс образования соединения. Газопрессовая сварка достаточно широко

применяется при работе со стеклянными колбами электровакуумных приборов и при отпайке штенгелей этих приборов в месте вакуумирования, а также при нагреве кромок стекла с металлом (ковар, платинит) во время их сварки друг с другом.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 83. Принцип газопрессовой сварки: а - перед сваркой, б - после сварки;

1, 5 - зажимы, 2, 4 - свариваемые детали, 3 - кольцевая горелка

Способы сварки с приложением давления Р в процессе нагрева до температуры Т в защитной атмосфере А в течение времени t (PTAt-процессы). На процесс схватывания и развития прочного соединения влияют не только чисто энергетические факторы, какими являются температура и давление, но и время взаимодействия соединяемых материалов. Увеличивая время сварки, можно одновременно существенно снизить температуру и давление. Это особенно важно при соединении материалов с низкой пластичностью. Одновременно длительный процесс требует применения специальных защитных атмосфер для торможения окисления в зоне контакта.

Диффузионная сварка. Процесс осуществляют в специальных камерах в вакууме примерно 1,33Н0 Па. Иногда камеры заполняют инертным газом или газом, обладающим восстановительными свойствами. Нагрев деталей производят в собранном состоянии до температур, равных 0,5-0,7 температуры плавления более легкоплавкого из соединяемых металлов при относительно небольшом давлении (рис. 84). Защитная среда способствует удалению поверхностных окислов или за счет их разложения (диссоциации) в вакууме или за счет восстановления, а также за счет частичного растворения в основном металле. В зависимости от вида соединяемых материалов прочное соединение образуется за 5 минут и более. Основные параметры диффузионной сварки (давление, температура нагрева, степень разрежения и время)

программируются, и процесс автоматизируется. Соединения в самых различных сочетаниях материалов (разнородные металлы, металлы с керамиками и стеклами, тугоплавкие металлы) получаются высокого качества из-за низкого давления и малого нагрева деталей при сварке.

Широкое применение диффузионная сварка находит в электронной технике при создании металлокерамических узлов, катодных узлов, вакуумно­плотных соединений из разнородных металлов.

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 84. Принципиальная схема диффузионной сварки: 1 - механизм создания давления, 2 - рабочая камера, 3, 6 - оправки, 4 - свариваемые детали, 5 - нагреватель

Способы сварки с приложением давления Р в процессе нагрева до температуры Т при взаимном перемещении f кромок (РТ^процессы).

Использование эффекта трения при сварке благоприятно потому, что свариваемые поверхности не только разогреваются, но и разрушаются поверхностные окислы. Это особенно необходимо при сварке металлов, имеющих прочную, трудноудаляемую пленку окисла.

Ультразвуковая сварка. Механические колебания с частотой свыше 18 кГц называются ультразвуковыми и могут быть созданы в преобразователях, изготовленных из так называемых магнитострикционных материалов, которые обладают способностью изменять свои размеры при воздействии на них магнитного поля. Переменный электрический ток создает в магнитострикционном материале преобразователя переменное магнитное поле. При этом периодически изменяются размеры преобразователя (при каждом полупериоде тока, т. е. упругие колебания генерируются с двойной частотой относительно частоты переменного тока). Возбужденные в преобразователе колебания по волноводу передаются на инструмент и далее к свариваемым деталям (рис. 85). В зависимости от конструкции волновода и крепления инструмента в зоне сварки можно получить продольные, поперечные и крутильные колебания. Их амплитуда бывает обычно 10-30 мкм.

5

Технологические схемы процессов сварки давлением

Рис. 85. Принцип ультразвуковой сварки: 1 - свариваемые детали, 2 - инструмент, 3 - волновод, 4 - преобразователь, 5 - генератор ультразвуковых колебаний, 6 - опора

В электронной технике ультразвуковая сварка широко применяется для разварки выводов с кристалла на ножки прибора алюминиевыми проволоками диаметром 10-50 мкм. Использование ультразвуковых колебаний существенно снижает степень деформации проводника и способствует получению качественного соединения благодаря активному разрушению окисной пленки.

СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Оценка качества соединений методами разрушающего контроля

Механические испытания сварных и паяных соединений. Механические испытания соединений - эффективные методы контроля и оценки качества сварных и паяных соединений при обработке технологии сборки изделий. Основные методы определения механических свойств …

Оценка качества соединений и приборов методами неразрушающего контроля

Контроль внешним осмотром. Одним из основных средств отбраковки потенциально ненадежных изделий является контроль соединений внешним осмотром. Такой контроль позволяет, например, выявлять следующие дефекты, возникающие при сборке микросхем: отслоение металлизации контактных …

Общие сведения о контроле качества изделий электронного машиностроения

Высокие требования, предъявляемые к электронным приборам, предопределяют использование разнообразных и надежных методов контроля качества сварных и паяных соединений. Большинство известных методов оценки качества сварных и паяных соединений используют при контроле …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.