Micro-USB电子连接器激光软钎焊接工艺研究及数值模拟

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在现代工业中,连接器金属Pin与芯线的互连焊接是最普遍的焊接应用之一。当前电子设备加工组装技术向小型化、微细化、绿色化方向发展,从而要求产品的同轴线径、插针间距也越来越小。若用传统的手工锡焊、热风焊接或自动烙铁锡焊技术焊接,对线的损伤将不可避免,且极易形成子设备之间的短路;此外,部分极细同轴线缆还带有屏蔽层,这也给传统锡焊技术提高了难度。本论文以Micro-USB v2.0电子连接器为研究对象,提出运用激光软钎焊技术来解决连接器与导线的互连焊接问题。激光焊接技术是一种较先进的焊接技术,激光热源的特点为局部快速集中加热及冷却,激光焊接技术可以满足微细线缆焊点的电子互连要求,能够实现焊点的组织细化,并且极大地提高焊点的疲劳寿命。本文相继解决了电子互连加工中剥线、装卡等一系列技术问题,完成了电子连接器激光软钎焊接试验,确定激光软钎焊接的工艺参数。采用ANSYS有限元分析软件,模拟电子连接器激光软钎焊接实际过程,计算得出焊接过程中各个节点的温度场、应力场。另外,本文利用粘塑性ANAND本构方程描述焊点在热循环载荷作用下的力学响应,通过有限元方法计算得到焊点危险单元在各个循环周期内应变能密度的增量,并且基于应变能密度增量的Coffin-Manson修正方程预测了焊点的热疲劳失效循环周期。结果表明:Micro-USB电子连接器焊点温度及变形基本符合试验结果,激光软钎焊接工艺参数满足电子连接器焊接工艺标准。在热循环载荷作用下,计算得到焊点的热疲劳寿命为4579次,符合Micro-USB电子连接器质量标准,进一步验证了激光软钎焊技术对实现连接器微细线缆电子互连的可行性。
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