Термокомпрессионная сварка

Термокомпрессионная сварка - это сварка, которая проводится при невысоких давлениях с подогревом соединяемых деталей (рис.3).

При термокомпрессионной сварке соединение образуется в твердой фазе в результате нагрева и сжатия соединяемых поверхностей. Пластическая деформация, возникающая в зоне контакта, способствует вытеснению адсорбированных газов и остаточных загрязнений с контактных поверхностей, становится возможным электронное взаимодействие соединяемых материалов, т.е. образование межатомных связей. Получению прочного соединения способствует также ограниченная взаимная диффузия материалов и образования твердых растворов в тонкой приграничной области.

Рис.3

Режим термокомпрессионной сварки характеризуется следующими параметрами:

1) Температурой нагрева, обычно равной температуре обжига более пластичного из свариваемых материалов. Температура нагрева не должна превышать температуры эвтектики этих материалов во избежание образования жидкой фазы. Для большинства практических случаев температура в зоне сварки лежит в пределах 300-400°С;

2) Давлением инструмента, которое должно обеспечивать деформацию проволоки после ее нагрева в пределах 25-75%. При этом прочность соединения должна составлять не менее 40-50% прочности проволоки на разрыв в исходном состоянии;

3) Временным воздействиям температуры и давления, необходимым для завершения процесса "схватывания" материала.

При приложении температуры и давления в момент осадки (рис.3,а,б) в результате течения пластичного металла вдоль поверхности другого металла происходит очистка места соединения от оксидных планок, сближения поверхностей и образование между ними плотного контакта. После сварки за счет развития процесса диффузии между свариваемыми материалами полученное соединение упрочняется.

Основными параметрами режима термокомпрессии являются усилие сжатия Р, температура нагрева инструмента или соединения Т, длительность выдержки под давлением t. Выбор давления определяется допустимой деформацией присоединяемого проводника или максимально допустимым давлением на присоединяемую деталь. Деформация для золотой проволоки составляет 50..70%, для алюминиевой-60-80%.Температура нагрева не должна превышать температуру образования эвтектики соединяемых материалов и колеблется для различных материалов от 250 до 450 ⁰С. Длительность выдержки устанавливается в зависимости от сочетания свариваемых материалов и определяется экспериментально путем оценки прочности соединений.

Достоинства: стабильность сварочного инструмента и его высокая стойкость, малая чувствительность к изменению режима, простота контроля основных параметров процесса.

К недостаткам термокомпрессии следует отнести ограниченное количество сочетаний соединяемых материалов, жесткие требования к подложкам, которые должны быть изготовлены из материалов, обладающих малой чувствительностью к термическому удару и хорошей адгезией с напыленными пленками, и ограниченные геометрические размеры соединяемых элементов. Процесс черезвычайно чувствителен к загрязнениям поверхности, окисным пленкам, внешним условиям; и требует подбора режима термокомпрессии.

Весьма важным фактором при термокомпрессионной сварке является правильный выбор материала инструмента. Он должен иметь низкую теплопроводность, высокую прочность при периодических колебаниях температуры, высокую стойкость против окисления и износа, низкую склонность к схватыванию со свариваемыми материалами. Больше других перечисленным требованиям удовлетворяет инструмент, изготовленный из твердых сплавов (карбиды вольфрама и титана) и керамики (оксид бериллия, алюмокерамика).

Термокомпрессионная сварка применяется для присоединения выводов к полупроводниковым кристаллам, сварки микропроводов и проволок между собой, приварки жил плоского кабеля к выводам соединителя и др. (Т=250..450 ⁰С).