有限元模拟在微带板焊接中应用研究

《有限元模拟在微带板焊接中应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、有限元模拟在微带板焊接中应用研究【摘要】运用ANSYS有限元分析软件，采用真空共晶炉进行微波盒体微带板焊接。设计加热工装，通过ANSYS右限元热模拟对焊接过程进行热分析，优化焊接曲线，减少共晶炉空载调节焊接曲线次数，实现复杂盒体微带板低空洞率、高效率焊接。同时经过试验验证，有限元模拟辅助焊接温度曲线设计也可运用于其他微组装焊接过程，提高工作效率。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。【关键词】微带板；共晶炉焊接；有限元模拟0

2、引言微波印制板，业内多称之为微带板，是指在0.3〜40GHz频段范围内使用的印制板［1］。随着微波混合集成电路向着高性能、高可靠性、小型化及低成本方向发展，微带板的应用越来越广泛，对微带板的焊接工艺也提出；r越来越高的要求。基板与盒体的互联方式主要有导电胶粘接和焊料片焊接技术。与导电胶粘接相比，焊接具右电阻率小、热导率高、微波损耗小和结合强度高等优点，特别适用于高频和大功率微波产品［2-3］。因此本文开展微带板焊接技术研究。以前大量研宄［2-4］发现，大面积接地基板焊接过程中，采用加热台、热风再流焊等焊接方式，存在氧化严重、空洞率高等诸多不良缺陷，采用真空共晶炉焊接能够有效防

3、止氧化，降低焊接空洞率，提高焊接质量，满足微组装领域对空洞率的较高要求。但是在实际焊接过程中发现，大部分真空共晶炉设备采用红外灯管、石墨加热板底部加热方式进行加热，因此对于结构复杂的腔体热量难以传递，设置的炉温曲线难以达到预期S标，需要对不同结构腔体多次测量炉温曲线、调节炉温曲线，最终确定实际焊接曲线。一方面，工作效率大大降低，同时多次加热，冷热循环，对结构件也造成一定的损坏，如变形翘曲等。因此，本研宄拟采用导热工装，提高共晶炉加热效率，同吋利用有限元模拟手段，减少炉温曲线测量次数，提高真空共晶炉焊接工作效率。1实验研究1.1实验材料本单位微组装盒体采用的材料大都为铝合金，且

4、模块表面大部分进行镀金处理。由此本实验选用6063铝合金作为载体材料，载体表面镀金，如下图1所示。印制板材料选择使用最多的Rogers5880基板，同时根据本单位的使用要求基板表面进行镀金处理。在实际工作中，焊料的选用非常关键。除了要考虑焊接面（基板背面及外壳表面）金属化层的材料种类及厚度、焊后电气机械性能、器件及基板的热承受能力等因素外，还要综合考虑微组装模块的组装次序，根据不同工序安排合适的焊接温度梯度，进而选用不同的焊料。本实验从应用研究角度出发，选用不同的焊料对研究方法并无影响，因此仅选用Sn3.5Ag焊料片作为焊接材料。同时，本实验选用中电科2所生产的GJL-202

5、3型真空共晶炉进行焊接实验。1.2焊接前预处理实验前需要根据微带板形状尺寸对焊料片进行裁切，加工得到合适大小的焊料片。本实验使用激光加工手段，依照之前微带板焊接经验，按微带板尺寸的85%加工裁切焊料片，这样既不会造成焊料过多熔化后溢出，也不会因为焊料过少而造成大面积空洞。1.3导热工装加工常见的金属材料中，Cu具有较高的导热系数(377W/m?°C)，常用作导热、散热材料，因此本实验选用纯铜作为导热工装材料，根据盒体形状，加工导热工装。1.4清洗利用超声波清洗机对微带板、盒体及导热工装进行清洗，去除表面污物。1.5Ansys有限元模拟有限元模拟的基本思想是将连续的求解区域离散

6、为有限个以一定方式互连在一起的单元组合体，从而将几何形状复杂的物体离散为多个简单单元的求解域，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。随着单元数目的增加，单元尺寸的缩小，解的近似程度将不断改进。如果单元满足收敛条件，近似解最后将收敛于精确解。有限元分析软件ANSYS是集结构、流体、电磁场、热场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算物体内部各节点的温度，并导出其他热物理参数。运用ANSYS软件可进行热传导、热对流、热辐射、相变、热应力及接触热阻等问题的分析求解。图2为盒体ANSYS模型图，如图所示，盒体巾

7、四个支柱支撑，在盒体内部底面上对微带板进行焊接。因此无导热工装条件下，底面石墨加热板热量难以传递到焊接部位，导致焊接时间过长，温度过高，难以控制，失败率较高，同吋效率较低。图3为加装简易导热工?b后模型图。如图3所示，通过导热工装,建立热量传递通道，加快热量传递，从而降低焊接时间和共晶炉加热温度，提高工作效率。图4为工装及盒体网络划分结果。整个模型选用三维实体热单元ThermalSolid90节点单元。设置材料属性后，对该模型进行网格划分。值得注意的是，在网格划分之前需将各个体单元进行布尔运算合并，这样