镀锡铜片电阻点焊工艺及设备研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）镀锡铜片电阻点焊工艺及设备研究陈玲玉二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501118广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）镀锡铜片电阻点焊工艺及设备研究陈玲玉指导教师姓名、职称：于兆勤教授、郭钟宁教授专业或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(Masterofengineeringscience)ResearchonMachiningProc

2、essandEquipmentofResistanceSpotWeldingforSn-coatedCopperMasterCandidate:ChenLingyuSupervisor:Prof.YuZhaoqin&Prof.GuoZhongningMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要随着电力电子产品集成度增高、特征尺寸减小，频率提高，电子元器件的热失效和热退化现象更加突出，散热问题已经成

3、为制约电力电子器件发展的主要问题。虽然铜由于其优良的散热性能在电子器件的散热方面具有广泛的应用，但是关于对微小电子器件的散热装置尤其是多层镂空内部具有复杂流道的微小有源冷却装置的技术研究，国内目前还处在瓶颈阶段。如果能够通过焊接铜材实现其在微小电子器件方面的散热应用，就可以打破国外对中国的技术封锁，实现可观的经济效益。电阻点焊因其加热时间短、产热集中、生产效率高等特点，在焊接小而薄的铜材方面具有突出的优势，对其进行深入研究并进行工艺参数优化对推动铜材在微小电子产品散热方面的应用具有重要意义。鉴于铜-铜焊接比较困难，本文提出在铜片上加入镀锡层以提高其焊接性。本文围绕镀锡铜电阻点焊

4、工艺，研究设计了电阻点焊实验设备，主要包括焊接电极和电极夹具设计，焊接电源和加压机构选型。提出了通过测量内侧焊点直径代替直接测量熔核直径的方法，分析了实验过程中出现的焊接缺陷，发现了文献中未曾提及的焊点缺陷“凸起”，并对其进行了相关分析。结果表明，“凸起”产生的原因可能是由于电极与工件之间的接触电阻不均，电极出现损伤，焊点比较小，热量集中且不易散去等造成的。在相同的焊接工艺参数下，对纯铜片和镀锡铜片进行电阻点焊实验，对焊点的表面形貌及拉剪力进行对比。实验表明，纯铜焊点在拉剪过程中的断裂形式全部是界面断裂，力学性能不满足焊接要求；镀锡铜焊点在表面形貌和拉剪力方面均远优于纯铜焊点。

5、分别以预热电流、焊接电流、预热时间、焊接时间、电极压力和保压时间作为研究因素，以焊点的表面形貌、熔核直径和拉剪力作为焊点质量的参考指标，研究各影响因素对镀锡铜片焊点质量的影响规律。实验表明：除了焊接电流、焊接时间和电极压力对镀锡铜片的焊点质量有影响之外，预热电流、预热时间和保压时间对镀锡铜片的焊点质量也有显著的影响。采用正交实验设计的方法对镀锡铜焊点的焊接参数进行优化，选用L25(56)正交表进行正交实验，得出最优实验参数组合以及各因素对焊点质量影响的程度。实验结果表明，各因素对熔核直径的影响程度为：焊接电流>焊接时间>预热时间>保压时间>预热电流>电极压力；各因素对拉剪力的影

6、响程度为：焊接电流>焊接时间>保压时间>电极压力>预热时间>预热电流。得到的最佳工艺参数为：预热电I广东工业大学硕士学位论文流为1000A，焊接电流为2200A，预热时间为14ms，焊接时间为10ms，电极压力为8kgf，保压时间为50ms，优化后的参数下能够获得形貌成型良好，强度较高的焊点，焊点的拉剪力可达到319.413N。关键词：镀锡铜；电阻点焊；拉剪力；熔核直径；点焊设备IIAbstractAbstractWiththeincreaseofintegrationandfrequency,reductionoffeaturesizeinelectronicproducts

7、,thethermalfailureanddegradationofelectroniccomponentshavebecomemoreprominent.Theproblemofheatdissipationhasbecomeamajorissuethatrestrictsthedevelopmentofelectronicdevices.Althoughcopperhasawiderangeofapplicationsinheatdissipationduetoitsexcellenth