高硅鋁電子封裝殼體激光焊接的數(shù)值模擬.pdf

1、高硅鋁材料近年來(lái)被廣泛用于電子封裝上,但是高硅鋁內(nèi)部含有大量的硅顆粒以及表面氧化膜的存在等,因此熔焊性能差,具有較高的裂紋形成傾向。脈沖激光焊的焊接線能量較低,適用于微型件與精密元器件的焊接。本文采用數(shù)值模擬方法研究高硅鋁合金殼體脈沖激光焊時(shí)的溫度場(chǎng)、焊接應(yīng)力場(chǎng)及焊后殘余應(yīng)力分布,摸索合理的焊接規(guī)范參數(shù),以避免裂紋的形成及殼體底板上芯片的過熱傾向。
　　通過比較分析,確定選用高斯面熱源加三維錐體熱源的組合熱源模型。根據(jù)脈沖激光功率

2、特點(diǎn)引入三角周期函數(shù),實(shí)現(xiàn)了熱源功率的循環(huán)加載。通過殼體焊接過程的熱模擬,分析了殼體中各焊道焊接過程中的溫度分布規(guī)律與變化趨勢(shì)。焊接加熱過程中接頭附近的溫度梯度較高,隨焊接過程進(jìn)行殼體溫度持續(xù)上升,末道焊焊縫完成時(shí)固定在底板上的芯片具有較大的過熱傾向。
　　通過對(duì)殼體焊接應(yīng)力變化及焊后殘余應(yīng)力的模擬,分析了在熔池末端處于脆性溫度范圍內(nèi)的雙向拉伸應(yīng)力的存在,因此具有較高的凝固裂紋形成傾向。室溫下殼體焊縫中存在較高的縱向拉伸殘余應(yīng)力,

3、具有一定的低塑性脆化裂紋形成傾向。
　　模擬分析了激光脈沖寬度、焊接速度變化和間斷焊接對(duì)殼體溫度分布的影響,確定了能夠保證焊縫外觀成型和密封性能要求的合理規(guī)范。焊接速度的選擇范圍十分有限,通過減少脈寬或采用間斷焊接,都可以有效地降低底板溫度,避免芯片過熱。
　　為了驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性,進(jìn)行了焊接動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)的測(cè)定和焊后殘余應(yīng)力檢測(cè),經(jīng)比較驗(yàn)證了溫度場(chǎng)的模擬具有較高的準(zhǔn)確性,而通過粉末壓制成型的高硅鋁殼體內(nèi)由于初始應(yīng)力的存在,使得