超声波钎焊研究现状

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1、超声波钎焊研究现状摘要：综述了国内外超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊两种超声波辅助钎焊形式的研究进展状况，介绍了超声波激励液态钎料钎焊中超声波电烙铁钎焊、超声波预涂覆钎焊、超声波盐浴钎焊、高频激光调制超声波钎焊等方法及其特性，重点分析了超声波激励固态母材钎焊中采用不同钎料合金钎焊不同材料的研究动态，最后提出了今后超声波辅助钎焊研究的发展方向。关键词：超声波辅助钎焊；液态钎料；固态母材；填充金属中图分类号：TG457.11Abstract：Thedevelopmentoftwokindsofultraso

2、nicassistedsolderingtechniqueissummarizedathomeandbroad,includingultrasonicontheliquidsolderandultrasoniconthesolidbasemethod・Themethodandfeatureofultrasonicassistedironsoldering/ultrasonicassistedprecoatedbrazing/ultrasonicassistedsaltbathbrazing/highfrequency

3、lasermodulationultrasonicassistedsolderingareintroduced.Thecaseaboutdifferentmaterialsbrazedwithfillermetalbytiltrasonicassistedonsolidbasemetalisanalyzedemphatical1y.Thecharacteristicandperformanceofdifferentultrasonicassistedsolderingmethodareanalyzed,finally

4、theprospectofultrasonicassistedsolderingtechniqueisforecast.Keywords：ultrasonicassistedsoldering；liquidsolder；solidbasemetal；fillermetal0前言超声波为频率大于20kHz的声波。当超声波强度超过一定数值时，作为一种能量形式，它可以与传播介质相互作用，改变传播介质的状态、性质及结构，超声波的主要作用形式是声空化和声流效应［1］,利用超声波在液体钎料屮的振荡，在液态钎料屮产生空化现象，空化

5、泡崩溃后所形成的冲击波，能够破坏母材表面的氧化膜，从而实现钎料与母材的润湿结合，即超声波辅助钎焊。从上世纪70年代至今，超声波辅助钎焊因其具有可以在非真空的条件下不采用钎剂就可实现钎焊的优点，一直被广泛应用于各种结构件和电子元器件的连接屮［2-6］0超声波钎焊最早应用于铝合金的钎焊，发明目的是为了实现在大气条件下无钎剂的钎焊。根据超声波的加载方式可以将其分为超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊：7］。本文主要概述了超声波激励液态钎料钎焊和超声波激励固态母材钎焊两种形式的研究进展，并対后续超声波钎焊的研究发展

6、方向进行了展望。1超声波激励液态钎料钎焊1・1超声波电烙铁钎焊超声波电烙铁是最早借助超声波的物理效应进行焊接的形式。在20世纪30年代就开始有学者对其进行研究。EdisonWeldingInstitute(EWT)［8］对超声波电烙铁钎焊进行了研究，认为其钎焊原理是当超声波工具头插入液态钎料中时，在超声工具头前端会产生大量的空化气泡，而空化气泡向固液界面运动，其近固液界面处发生崩溃对材料的表面产生破坏作用，使得钎料与母材发生作用从而实现界面的结合。Noltingk等［9］研制出了超声烙铁设备，用于铝合金及其它轻合金金

7、属表面镀锡，如图1所示。1・2超声波预涂覆钎焊1976年Wendt［10］申请了一项关于便携式超声波辅助钎焊设备的美国专利，其主要内容是将待焊管件表面超声镀覆上一层钎料金属，超声作用于管件上，管件另一侧浸入熔融的钎料之中，超声通过管件传入钎料产生空化效应从而破除管件表面的氧化膜。口本的Naka等［11-13］将SiC、A1203陶瓷浸入超声波作用下的液态钎料池中，预涂覆一层金属钎料，所用钎料以Zn-AKZn-Al-Cu和Zn-Sn为主。然后在超声波辅助作用下实现了铜合金与SiC、A1203陶瓷材料的钎焊连接，如图2所

8、示。超声波对整个焊接过程的影响主要有：液态钎料与陶瓷界面处的气体借助超声波空化效应移除；液体束流冲击陶瓷表面；陶瓷表面与液体钎料之间存在一定的摩擦作用。正是上述这些影响才使得陶瓷与钎料在超声波的作用下实现有效结合。超声波作用时间对接头强度影响较大。图2超声波预涂覆A1203/CU钎焊过程及钎焊接头示意图［13］1・3超声波盐浴钎焊1970-19