高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的激光釬接工藝研究.pdf

1、T/R模塊作為信號(hào)發(fā)送與接收模塊廣泛應(yīng)用于各種相控陣?yán)走_(dá),其傳統(tǒng)封裝材料存在比重大、導(dǎo)熱性差等缺點(diǎn),而高體積分?jǐn)?shù)SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有低膨脹、高導(dǎo)熱、輕質(zhì)三大特性,是T/R模塊封裝殼體理想的替代材料,但由于模塊結(jié)構(gòu)的特殊性(內(nèi)置芯片不能過熱),采用常規(guī)的焊接方法(如熔化焊)無法形成真正意義的焊接接頭,業(yè)內(nèi)通常采用爐中釬焊的方法,但易對(duì)已經(jīng)置于殼體底部的芯片造成過熱損傷,焊接性差的技術(shù)難題阻礙了其順利推廣應(yīng)用。針對(duì)上述難題,本文提

2、出了激光誘導(dǎo)釬焊的新方法,利用激光束這種可控高精密熱源加載于上板表面,通過熱傳導(dǎo)機(jī)制使熱量通過上板傳導(dǎo)至兩板之間的釬料,誘發(fā)釬料熔化進(jìn)而形成優(yōu)良的釬焊接頭,且保證了局部加熱區(qū)窄,避免其他部分過分高熱的現(xiàn)象。
　　通過建立激光誘導(dǎo)釬焊熱源模型并推導(dǎo)了激光誘導(dǎo)釬焊移動(dòng)點(diǎn)熱源加熱薄板的準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)方程,對(duì)激光誘導(dǎo)釬焊的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。得到了理想的溫度場(chǎng)及工藝參數(shù)(功率334W,焊接速度132mm/min,離焦量+5mm

3、,激光斑點(diǎn)直徑0.2mm),有限元數(shù)值模擬得到測(cè)量點(diǎn)的熱循環(huán)曲線和實(shí)測(cè)值吻合良好。
　　根據(jù)釬料和母材匹配的原則,本文選擇了4種釬料,并分別進(jìn)行了潤(rùn)濕鋪展性試驗(yàn),結(jié)果表明:片狀的微顆粒 Sn(潤(rùn)濕角為≦3度)、納米Al粉(潤(rùn)濕角為25度)的潤(rùn)濕鋪展性明顯優(yōu)于 AlZn25Si1(潤(rùn)濕角為48度)、ZnAl7釬料(潤(rùn)濕角為40度),其中釬料 Sn的潤(rùn)濕鋪展性最優(yōu)。
　　對(duì)該復(fù)合材料的接頭進(jìn)行激光誘導(dǎo)釬焊試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):AlZn25S

4、i1釬縫結(jié)合不良,潤(rùn)濕性差,釬料不能潤(rùn)濕裸露的 SiC顆粒,與母材之間的結(jié)合力弱;ZnAl7釬縫致密,母材與釬縫的界面結(jié)合好,呈現(xiàn)冶金結(jié)合狀態(tài);片狀微顆粒 Sn與母材相互擴(kuò)散,釬料可較好潤(rùn)濕裸露的 SiC顆粒;原子擴(kuò)散力強(qiáng)的納米 Al粉釬料對(duì)裸露的 SiC顆粒潤(rùn)濕性好,母材與釬縫之間結(jié)合良好,未見缺陷。
　　通過對(duì)施焊后的接頭進(jìn)行力學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn):AlZn25Si1接頭平均抗拉剪強(qiáng)度2.996N/mm2;ZnAl7接頭平均抗拉剪強(qiáng)度為