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通过超声波电烙铁与超声波浸焊设备进行焊接与镀锡
点击次数:71 发布时间:2021-03-12

超声波锡焊是一种几乎无助焊剂焊接的过程,使用超声波能量,而不需要化学品焊料材料。可以实现如玻璃,陶瓷和复合材料,难以焊接金属和不能使用常规的装置焊接。超声波锡焊作为一种无助焊剂的焊接工艺,正越来越多地应用于从太阳能光伏电池和医疗形状记忆合金到电子和传感器封装的金属和陶瓷的焊接中。

超声波锡焊是与普通锡焊方式明显不同的焊接方式。超声波锡焊使用超声波能量来连接零件而无需添加任何填充材料,而普通焊接使用外部加热来熔化填充金属材料(例如焊料)以形成接头。超声波锡焊可以使用烙铁或锡锅进行。无论哪种情况,该过程都可以自动化进行大规模生产,也可以手工完成以进行原型制作或维修工作。

超声波锡焊设备

超声波锡焊使用如上所述的超声电烙铁或超声波浸焊设备。在这些设备中,压电晶体用于在熔融焊料层或批量中产生高频(20 – 60 kHz)声波,以机械方式破坏熔融焊料表面上形成的氧化物。超声波电烙铁的烙头也连接到加热元件为了防止压电元件的劣化,将压电晶体热隔离。

超声波电烙铁

超声波电烙铁在以20 – 60 kHz的频率进行机械振荡时会发热(450°C)。当在熔化的焊料池中引起声振动时,该焊接头可以熔化焊料金属。然后,熔融焊料中的振动和气蚀使焊料润湿并粘附到许多金属表面上。焊嘴产生的声能通过熔化的焊料的空化作用而起作用,这会机械性地破坏焊料层本身和被连接的金属表面上的氧化层。 传统电烙铁没有超声波能量的帮助,无法破坏焊料与金属表面的氧化层,这也会导致烙铁在焊接过程中出现焊接不牢的情况。此外,传统电烙铁需要在锡焊过程中使用助焊剂,这也会影响焊接的效果。

超声波浸焊设备

超声波浸焊产生的空化作用对破坏许多金属上的氧化物非常有效,但是,在焊接到陶瓷和玻璃上时无效,因为它们本身是氧化物或其他非金属化合物,因为它们是基础,因此无法破坏材料。在直接焊接到玻璃和陶瓷的情况下,需要使用In,Ti,Hf,Zr和稀土元素(Ce,La和Lu)等活性元素对超声波焊接的填充金属进行改性。与这些元素合金化的焊料被称为“活性焊料”,因为它们直接作用于玻璃与陶瓷表面以形成粘结。

玻璃和陶瓷由于本身就以氧化物的形式存在,用以往的锡焊装置难以完成接合。超声波的空洞效应产生的空洞在崩溃的瞬间吸收氧气的同时还会释放出热能。有人认为,有效利用这一能量,以在熔融状态下亲氧性很强的金属元素吸收的氧为载体,可在玻璃等表面形成共价键。在超声波的振动下,熔融焊锡得到充分搅拌、锡焊界面的锡料更容易吸收氧气,继而可能形成更加牢固的共价键。而且,与普通焊锡相比,其几何性质、化学性质和接合強度都毫不逊色。 

总结

超声波锡焊的用途正在扩大,因为它清洁且无助焊剂,并且结合活性焊料被用于连接组件,在这些组件中,腐蚀性助焊剂可能会被捕集或破坏操作,或污染清洁的生产环境,或者存在异种材料、金属、陶瓷、玻璃等材料被加入。为了有效地粘附在表面上,需要破坏活性焊料自身的初生氧化物,并且非常适合超声搅拌。在焊点面积较小或较窄的应用中,使用1 – 10 mm烙铁头进行锡焊非常有效,因为熔融金属的体积很小,并且可以通过1 – 10 mm的烙铁来有效地搅动。
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