高體積分數(shù)碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的激光釬接工藝研究.pdf

1、T/R模塊作為信號發(fā)送與接收模塊廣泛應用于各種相控陣雷達,其傳統(tǒng)封裝材料存在比重大、導熱性差等缺點,而高體積分數(shù)SiC顆粒增強鋁基復合材料具有低膨脹、高導熱、輕質三大特性,是T/R模塊封裝殼體理想的替代材料,但由于模塊結構的特殊性(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,焊接性差的技術難題阻礙了其順利推廣應用。針對上述難題,本文提

2、出了激光誘導釬焊的新方法,利用激光束這種可控高精密熱源加載于上板表面,通過熱傳導機制使熱量通過上板傳導至兩板之間的釬料,誘發(fā)釬料熔化進而形成優(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。
　　通過建立激光誘導釬焊熱源模型并推導了激光誘導釬焊移動點熱源加熱薄板的準穩(wěn)定狀態(tài)方程,對激光誘導釬焊的溫度場進行了數(shù)值模擬并加以實驗驗證。得到了理想的溫度場及工藝參數(shù)(功率334W,焊接速度132mm/min,離焦量+5mm

3、,激光斑點直徑0.2mm),有限元數(shù)值模擬得到測量點的熱循環(huán)曲線和實測值吻合良好。
　　根據(jù)釬料和母材匹配的原則,本文選擇了4種釬料,并分別進行了潤濕鋪展性試驗,結果表明:片狀的微顆粒 Sn(潤濕角為≦3度)、納米Al粉(潤濕角為25度)的潤濕鋪展性明顯優(yōu)于 AlZn25Si1(潤濕角為48度)、ZnAl7釬料(潤濕角為40度),其中釬料 Sn的潤濕鋪展性最優(yōu)。
　　對該復合材料的接頭進行激光誘導釬焊試驗發(fā)現(xiàn):AlZn25S

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