一种超声振动和电场辅助的钎焊实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种超声振动和电场辅助的钎焊实验装置。本实用新型专利技术涉及的装置包括加热系统、静电场施加系统、超声波载荷施加系统；静电场施加系统包括静电场电源、上电极板和下电极板，下电极板的上表面上设有绝缘钎焊工作台；超声波载荷施加系统包括超声波发生系统和超声波振动传递系统；超声波发生系统包括超声波发生电源和压电陶瓷换能器；超声波振动传递系统包括支架、超声波传递杆和振动压头，超声波传递杆伸入上电极板和下电极板之间的部分和振动压头均采用绝缘陶瓷制成。本实用新型专利技术可以使实验材料在超声波振动载荷和静电场的共同辅助下进行钎焊实验，克服了单一施加超声波振动或单一施加静电场在提高钎焊焊点的质量方面所存在的局限。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及钎焊实验
，特别涉及一种超声振动和电场辅助的钎焊实验装置。
技术介绍
在电子产品中，钎焊焊点起着连接电器元件与基板的重要作用。随着电子产品向闻功率、闻密度、闻可罪性及多功能化和无铅组装、封装等方向的迅速发展，对无铅焊点的质量和可靠性提出了更高的要求。在钎焊过程中，与润湿、扩散、凝固等密切相关的工艺焊接性较差，常会导致诸如虚焊、厚且界面粗糙的金属间化合物(MO层开裂、焊缝微观偏析、焊点剥离和焊盘剥落等焊接缺陷，严重影响焊点质量和可靠性。随着钎料无铅化发展的进程，此缺陷日显突出。在钎焊过程中，润湿性是影响钎焊焊点质量和可靠性的关键因素。目前，为了提高钎焊焊点或接头的可靠性和质量，常通过改善钎料润湿性的方法来实现。钎料的润湿性与液态钎料在母材表面的铺展，气液、固液界面张力以及材料界面的传质行为有关。无铅钎料的润湿性普遍低于传统SnPb钎料，因此，现有技术中常常通过采用强腐蚀钎剂及气氛保护等措施来提高无铅钎料对母材的润湿以得到性能良好的钎焊接头或焊点。但是气氛保护下的钎焊生产成本高，并且钎剂一般都具有腐蚀性，对钎焊焊点或接头在服役过程中有不利影响。为了在实现改善钎料润湿性的前提下，同时达到在钎焊过程中少用、甚至不用焊剂的目的，现有技术中存在外加能量辅助的钎焊方法，该钎焊方法可以改善钎料的润湿性。该钎焊方法有以下两种:一种是对母材施加超声波振动载荷，另一种是在钎料与母材的钎焊位置施加静电场。使用超声波振动载荷辅助的钎焊方法的现有技术如200710071744.2号中国专利技术专利公开了一种超声波振动液相焊接设备，该设备包括超声波振动加载装置和钎焊加热热源。上述专利文献中 研究了 ZnAl钎料在频率20kHz、振幅10 μ m超声波振动载荷作用下的润湿填缝过程；研究表明，超声波振动在液体中传播会产生空化作用，借此能够破除母材表面的氧化膜并促进液态钎料在母材表面的铺展。但是，单纯施加超声波振动会使液态钎料在润湿过程中产生“皮下潜流层”，不利于钎料充分润湿，钎料润湿程度有限。在超声波振动载荷作用下，钎料的润湿性大多能得到改善，但改善程度有限。使用静电场辅助的钎焊方法的现有技术如西安理工大学李大圣、范志康在《稀有金属材料与工程》2007年第36卷第6期的论文(论文题目为“电场和元素Cr对Cu/W润湿性的影响”)中研究了静电场对Cu/W润湿的影响。该论文公开了在静电场作用下进行钎料润湿过程的方法。外加静电场能在液固界面处形成接触电势和电荷富集，从而引起固液界面能降低，并且静电场能够促进材料界面传质，有利于钎料润湿，但单一静电场的作用对钎料润湿性的改善也很有限。上述外加能量辅助的钎焊方法，不管是单一施加超声波振动载荷还是单一施加静电场，都仅能在有限范围内提高钎料的润湿性，不能显著提高钎焊焊点的质量和可靠性。此夕卜，单一加超声波振动载荷辅助的钎焊实验装置存在加热环境均温性差的缺点；单一加静电场辅助的钎焊实验装置存在静电场电源品种单一，不能开展静电场种类、极性等对钎焊过程中的润湿性影响的实验研究的缺点。这两种方法均存在钎焊实验装置二次开发性差的弊端。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种超声振动和电场辅助的钎焊实验装置，以使钎焊过程在超声波振动载荷和静电场的共同辅助作用下进行。为了实现上述目的，本技术的超声振动和电场辅助的钎焊实验装置采用如下技术方案:超声振动和电场辅助的钎焊实验装置，包括用于为实验材料提供钎焊热源的加热系统、用于对实验材料施加静电场的静电场施加系统、用于对实验材料施加超声波载荷的超声波载荷施加系统；所述静电场施加系统包括静电场电源、与静电场电源电连接的上电极板和下电极板，所述下电极板的上表面上设有用于放置实验材料的绝缘钎焊工作台，绝缘钎焊工作台的台面是用于放置实验材料的平面；超声波载荷施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生系统和将超声波振动传递给实验材料的超声波振动传递系统；所述超声波发生系统包括超声波发生电源、与超声波发生电源连接的压电陶瓷换能器，超声波振动传递系统包括支架、与支架铰接摆动连接或弹性摆动连接的用于伸入所述上电极板和下电极板之间的超声波传递杆、固设于超声波传递杆上的用于压紧实验材料的振动压头，所述压电陶瓷换能器固定于超声波传递杆上，所述超声波传递杆伸入上电极板和下电极板之间的部分和振动压头均采用可防止对静电场造成屏蔽的绝缘陶瓷制成。加热系统包括用于为实验材料提供钎焊热源的加热炉、设于加热炉内的热电偶、设于加热炉外的与热电偶连接的用于监测和控制实验材料的周围环境温度的温度控制仪表，所述上电极板和下电极板设置于加热炉中，所述超声波传递杆一端伸出加热炉之外，所述超声波发生电源设于加热炉之外。还包括实验平台，所述上电极板和下电极板分别通过绝缘体支撑置于实验平台上，支撑上电极板 的绝缘体为绝缘柱，支撑下电极板的绝缘体为绝缘板，所述绝缘钎焊工作台、绝缘板均由具有高强度的氮化硅陶瓷制成，绝缘钎焊工作台和绝缘板均为圆片形。上电极板与下电极板之间的间距不小于3cm，上电极板和下电极板之间的静电场强度范围为O 6.6 kV/cm。所述超声波传递杆上装配加压配重。所述静电场电源是可以提供O 20kV的正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压的静电场电源，静电场电源具有正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端、正直流脉冲高压输出端以及接地端，静电场电源的正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端、正直流脉冲高压输出端以及接地端中的任意两个分别与上电极板和下电极板的电极引线相连接。所述超声波发生系统还包括用于放大振幅的聚能器，所述压电陶瓷换能器与聚能器连接组合成组合体而一同固定在超声波传递杆上，所述超声波发生电源具有O 300W的振动功率和20 40kHz的振动频率。所述支架包括上下方向导向的滑动轨道和导向滑动装配于滑动轨道上的与所述超声波传递杆铰接的滑动套筒，所述超声波发生系统的聚能器通过螺丝固定于超声波传递杆的靠近支架一端的顶部，并且聚能器振动方向与超声波传递杆的长度延伸方向垂直。采用本技术的超声振动和电场辅助的钎焊实验装置可以使实验材料在超声波振动载荷和静电场的共同辅助下进行钎焊实验过程，克服了现有技术中单一施加超声波振动或单一施加静电场在提高钎焊焊点的质量和可靠性方面所存在的局限(无法实现振动载荷与静电场共同作用，单一加超声波振动装置加热环境均温性差，单一加静电场装置静电场电源品种单一，以及两者均存在实验装置二次开发性差等不足)。超声波传递杆伸入上电极板和下电极板之间的部分和振动压头均采用绝缘陶瓷制成，可以防止对静电场造成屏蔽。本技术的超声振动和电场辅助的钎焊装置具有功能齐全、安全可靠、使用方便的特点。本技术的超声振动和电场辅助的钎焊实验装置拓展了少用、甚至不用钎剂的钎焊技术研究，既可用于研究实验材料在超声波振动载荷和静电场的复合作用下的钎焊过程，又可用于开发研究钎焊新技术、新工艺。进一步的，加热系统包括加热炉、热电偶和温度控制仪，可以方便监测和控制实验材料的周围环境温度。进一步的，上电极板与下电极板之间的间距不小于3cm，可以使实验过程中的静电场强度均匀、变化小。进一步的 ，静电场电源具有正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声振动和电场辅助的钎焊实验装置，其特征在于，包括用于为实验材料提供钎焊热源的加热系统、用于对实验材料施加静电场的静电场施加系统、用于对实验材料施加超声波载荷的超声波载荷施加系统；所述静电场施加系统包括静电场电源、与静电场电源电连接的上电极板和下电极板，所述下电极板的上表面上设有用于放置实验材料的绝缘钎焊工作台，绝缘钎焊工作台的台面是用于放置实验材料的平面；超声波载荷施加系统包括提供超声波振动源的超声波发生系统和将超声波振动传递给实验材料的超声波振动传递系统；所述超声波发生系统包括超声波发生电源、与超声波发生电源连接的压电陶瓷换能器，超声波振动传递系统包括支架、与支架铰接摆动连接或弹性摆动连接的用于伸入所述上电极板和下电极板之间的超声波传递杆、固设于超声波传递杆上的用于压紧实验材料的振动压头，所述压电陶瓷换能器固定于超声波传递杆上，所述超声波传递杆伸入上电极板和下电极板之间的部分和振动压头均采用可防止对静电场造成屏蔽的绝缘陶瓷制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张柯柯，赵恺，石红信，张占领，张晓娇，王要利，邱然锋，于华，刘珊中，栗海仙，孙敬，李臣阳，衡中皓，刘宇杰，郭兴东，刘世英，李猛，崔春雷，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：实用新型
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