CN110170726A - 一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法 - Google Patents

一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法 Download PDF

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江琛
徐燕铭
刘双宝
钱小明
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王立江
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Abstract

一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，包括：第一步，采用无水乙醇对待焊镀银编织铜带进行多余物清理，镀银编织铜丝之间不得有胶液、微尘颗粒等多余物质，并采用光学超景深相机进行确认；第二步，规整镀银编织铜带，使其自然伸展，编织铜带厚度均匀，无局部紧促或松弛状态，采用游标卡尺测量编织铜带宽度，与自然伸展状态下参数差值控制在0.5mm以内；第三步，对镀银编织铜带成形，制作减应力环；第四步，镀银编织铜带采用胶带粘贴进行绑扎固定；第五步，采用多脉冲的电流方式进行加电，实现空间用超薄铜层与镀银编织铜带的电阻焊，解决了锡铅焊点服役的蠕变效应及铜层变形应力集中、金属间化合物生长等问题造成的焊点断裂失效。

Description

一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法。
背景技术
钎焊工艺技术是航天电气产品不可或缺的互连方法，在电气产品装联过程中有着广泛的应用。超薄型铜层及镀银编织铜带材料因其电传输性能好，柔韧性佳，焊点连接强度高等优良性能，在空间技术、国防工业展示了广阔的应用前景，尤其是电池电路等大电流领域，是我国航天器、卫星等的关键电子产品的连接材料。
传统空间用电子产品的铜层材料采用钎焊实现与镀银编织铜带之间的电气连接，整个镀银编织铜带芯线通过锡铅焊料或锡银铜焊料焊接于铜层表面。
传统的锡焊焊点存在以下几处缺陷：
一，锡铅焊点在服役过程中存在无法避免的蠕变效应，，在力学复杂环境中极易成为薄弱点，发生焊点断裂失效；
二，当铜层厚度小到一定的程度时，焊料在焊点结构中的比例大幅提高，焊锡凝固过程导致铜层的空间扭曲变形；
三，锡焊焊点微观组织结构随服役时间演化，金属间化合物不断生长，造成焊点力学性能下降。
以上问题严重危害了航天器的预定功能及在轨服役寿命。
本发明代替钎焊工艺的电阻焊工艺技术应用广泛，但超薄厚度的铜层对焊接过程中的热量极为敏感，极易发生因熔核厚度大于铜层厚度而导致的铜层熔穿炸裂等焊点缺陷。同时因镀银编织铜带的固有多股芯线编织结构特性而导致焊接过程中易发生焊点边缘毛刺、焊点局部欠焊等缺陷。
发明内容
针对现有锡焊技术中存在的焊料凝固而导致铜层变形、锡铅焊点的蠕变效应、金属间化合物生长等易造成焊点质量问题的缺陷，本发明提供了一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，有效解决了锡铅焊点服役的蠕变断裂及铜层变形应力集中、金属间化合物生长等问题造成的焊点断裂失效。避免了传统锡焊镀银编织铜带与铜层材料之间生成金属间化合物，焊点在电迁移效应下发生的焊点孔洞缺陷。通过对镀银编织铜带进行预压成型、减应力环制备、焊接前处理及二次加电等工艺方法提高焊点质量及可靠性，操作简单，适用性强。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，方法步骤如下：
第一步，采用无水乙醇对电极端头、待焊镀银编织铜带进行多余物清理，镀银编织铜丝之间不得有胶液、微尘颗粒等多余物质，并采用光学超景深相机进行确认，电极间镀银编织铜带及铜层可保持有效的紧密压合；
第二步，规整镀银编织铜带，使其自然伸展，编织铜带厚度均匀，无局部紧促或松弛状态，采用游标卡尺测量编织铜带宽度，与自然伸展状态下参数差值控制在0.5mm以内；
第三步，对镀银编织铜带成形，制作减应力环，防止焊点过度受力；
第四步，镀银编织铜带采用胶带粘贴进行绑扎固定；
第五步，通过电极预压操作，定位镀银编织铜带与电极间压合位置对正，同时对镀银编织铜带进行预压成型，对镀银编织铜带进行压实处理，增加镀银编织铜带内的焊接电流通路从而降低接触电阻；
第六步，采用多脉冲的电流方式进行加电，实现空间用超薄铜层与镀银编织铜带的电阻焊。
进一步，所述的电极材料为非铜合金的纯钨、钨合金、钛合金，焊接过程中不易发生电极与铜层或镀银编织铜带材料的粘连；
进一步，电阻焊采用的电极端面直径约2.5mm～8mm，与焊接镀银编织铜带宽度相匹配，压合后电极端面直径应达到镀银编织铜带宽度的2/3及以上；
进一步，所述的待焊铜层材料厚度＜0.1mm；
进一步，镀银编织铜带宽度范围为3mm～6mm，厚度为两层或四层镀银编织铜丝，镀银编织铜丝直径范围为40μm～80μm，包含但不限制于该镀银编织铜带线径范围；
进一步，所述的第三步中采用直径0.5mm～2mm的钢棒，通过钢棒对镀银编织铜带进行成形，制作减应力环，焊接后去除钢棒；
进一步，所述的第五步中电极压力可调，在80N～300N的压力下进行预压，有效将镀银编织铜带芯线做初步碾平处理，包含但不限制于该压力范围；
进一步，所述的第六步中的多脉冲电流方式，其第一个脉冲前有较长的200ms～1000ms保压时间，包含但不限制于该保压时间参数；
进一步，所述的第六步中的电流方式为恒定电流、多脉冲模式，包含但不限制于恒定电流，可为恒压、恒功率模式，脉冲包含但不限制于两次，可增加次数加强对界面氧化物等多余物的去除能力。
进一步，所述的第六步中的多脉冲电流方式，其第一个脉冲电流2～5KA，通电时间3～10ms，去除焊接材料表面的氧化物，第二个脉冲电流5～8KA，通电时间6～20ms，迅速实现超薄型铜层与镀银编织铜带的电阻焊焊接，包含但不限制于该通电参数范围；
本发明提供的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，与现有技术相比，其优点在于：
一、通过对超薄型铜层材料与镀银编织铜带采用电阻焊连接工艺代替传统锡焊工艺，有效解决了锡铅焊点服役的蠕变效应及铜层变形应力集中、金属间化合物生长等问题造成的焊点断裂失效。
二、通过对超薄型铜层材料与镀银编织铜带采用电阻焊连接工艺，实现了镀银编织铜带的镀银铜丝材料与铜层之间发生互溶扩散连接，避免了传统锡焊镀银编织铜带与铜层材料之间生成金属间化合物，有效解决了焊点在电迁移效应下发生金属间化合物的生成与溶解，以及焊点内相界部位的金属化层的溶解与消耗造成的焊点孔洞缺陷，有效防止了焊点破坏。
三、通过对镀银编织铜带芯线进行预压成型、焊接前设置保压时间等工艺方法强化电极间镀银编织铜带芯线与铜层的通路接触面积，通过焊接前处理及二次加电的工艺方法去除焊接通路中各界面处的有机物等多余物，有效保障了焊点的顺利制备，严格杜绝了焊点发生熔穿、炸裂、孔洞等焊接缺陷。
四、本发明提供的空间用超薄型铜层与镀银编织铜带电阻焊焊接方法，焊点质量可靠，操作简单，适用性强。
因此适用于空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法具有极其重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的超薄型铜层与镀银编织铜带电阻焊示意图。
图2为本发明实施例的镀银编织铜带示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面结合图1、图2对本发明的实施例作详细说明：
实施例1
本实施例提供的一种适用于航天电子产品多余物控制的自补偿焊接方法，包括如下步骤：
第一步，镀银编织铜带自然伸展状态下宽度为4mm，经多余物检查清理后，规整镀银编织铜带，使其自然伸展，编织铜带厚度均匀，无局部紧促或松弛状态，采用游标卡尺测量编织铜带宽度，与自然伸展状态下参数差值控制在3.5～4.5mm以内，电极端头直径5mm，电极间镀银编织铜带及铜层可保持有效的紧密压合；
第二步，采用无水乙醇对电极、镀银编织铜带芯线、铜层进行清洁，电极头部可采用砂纸适当打磨，去除表面有机物、微尘颗粒等多余物；
第三步，镀银编织铜带芯线端头采用聚酰亚胺3M胶带粘贴进行绑扎固定，避免在预压及焊接过程中发生松散、位移等现象；
第四步，电极以180N进行预压，定位镀银编织铜带芯线与电极间压合部位对正无偏差，压合后铜层无明显变形扭曲现象，同时对镀银编织铜带芯线进行预压成型；
第五步，焊接前保压时间为400ms，采用两次脉冲的电流方式进行加电，初次加电电流为5KA，加电时间为7ms，第二次脉冲加电电流为7KA，实现空间用超薄铜层与镀银编织铜带的电阻焊；
经上述方法焊接后，超薄铜层与镀银编织铜带间焊点的蠕变效应、电迁移效应及应力集中下的焊点失效断裂得到有效解决，克服了焊点的熔穿、炸裂、孔洞等焊接缺陷，焊点质量良好，剪切强度达到30MPa。

Claims (10)

1.一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，包括步骤如下：
第一步，采用无水乙醇对待焊镀银编织铜带进行多余物清理，并采用光学超景深相机进行确认；
第二步，规整镀银编织铜带，使其自然伸展，编织铜带厚度均匀，无局部紧促或松弛状态，采用游标卡尺测量编织铜带宽度，与自然伸展状态下参数差值控制在0.5mm以内；
第三步，对镀银编织铜带成形，制作减应力环；
第四步，镀银编织铜带采用胶带粘贴进行绑扎固定；
第五步，通过电极预压操作，定位镀银编织铜带与电极间压合位置对正，同时对镀银编织铜带进行预压成型，对镀银编织铜带进行压实处理，增加镀银编织铜带内的焊接电流通路从而降低接触电阻；
第六步，采用多脉冲的电流方式进行加电，实现空间用超薄铜层与镀银编织铜带的电阻焊。
2.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，加电的电极材料为非铜合金的纯钨、钨合金或钛合金。
3.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，电阻焊采用的电极端面直径约2.5mm～8mm，与焊接镀银编织铜带宽度相匹配，压合后电极端面直径应≥镀银编织铜带宽度的2/3。
4.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，焊接的超薄铜层厚度＜0.1mm。
5.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，镀银编织铜带宽度范围为3mm～6mm，厚度为两层或四层镀银编织铜丝，镀银编织铜丝直径范围为40μm～80μm。
6.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，第三步中采用直径0.5mm～2mm的钢棒，通过钢棒对镀银编织铜带进行成形，制作减应力环，焊接后去除钢棒。
7.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，第五步中电极压力为80N～300N，随镀银编织铜带宽度厚度及镀银编织铜丝直径不同可调节压力，预压后可有效将镀银编织铜带做初步碾平处理。
8.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，第六步中的多脉冲电流方式，其第一个脉冲前有较长的保压时间，使电极间的镀银编织铜带及铜层结构呈稳定状态，有效增加上下电极之间的实际接触面积。
9.根据权利要求书1所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，第六步中的多脉冲电流方式，包含但不限制于2个脉冲。
10.根据权利要求书9所述的一种空间用超薄铜层与镀银编织铜带连接的电阻焊接方法，其特征在于，第一个脉冲电流2～5KA，可有效去除焊接材料如铜层及芯线表面的氧化物，第二个脉冲电流6～10KA，迅速实现超薄型铜层与镀银编织铜带的电阻焊焊接。
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