[发明专利]一种实验表征和数值模拟相结合探究激光钎焊工艺参数的方法

权利要求书

1.一种实验表征和数值模拟相结合探究激光钎焊工艺参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）调整工艺参数：激光器的输出功率、焊接时间和光斑半径，对钎料/基板进行焊接；所述工艺参数的调整范围为：激光器的输出功率为10~20W，钎焊时间为0.3~1.0s，光斑半径为0.2~0.6mm；

（2）将焊接后的样品进行切割、打磨、抛光并腐蚀，然后对样品进行表征与测试，获得焊接质量结果；所述焊接质量包括：焊点外观观察、焊接温度、显微组织、显微硬度；

（3）根据焊接样品的尺寸，使用Comsol Multiphysics有限元软件建立温度场和应力应变场耦合的几何模型，其中在数值模型中做了以下假设：焊接材料是各向同性的；忽略激光加热过程中钎料/基板之间的反应；焊接过程中钎料不发生流动，体积不变化；

（4）对模型进行优化：使用JMatPro材料性能模拟软件计算钎料合金随温度变化的物性参数，导入到步骤（3）所建几何模型的材料属性中；同时选取半椭球体热源模型作为激光热源，并在热源相中引入激光器的输出功率、焊接时间、光斑半径及钎料对激光的吸收率参数；再依次设置边界条件，得到温度场和应力应变场耦合的修正模型；

（5）利用步骤（2）获得的焊接质量结果以及实际测得的焊接温度验证步骤（4）所得修正模型的准确性，进一步利用该修正模型指导激光钎焊工艺参数的选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述钎料为Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料，基板为PCB基板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述材料属性中，将温度变化较低的PCB基板、Cu焊盘和镀金层材料的密度、热容、导热系数设置为常量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置的边界条件包括：在温度较高的钎料表面和基板的上表面设置热辐射和热对流边界条件，其中钎料和基板向环境的辐射率分别为0.2~0.5和0.8~0.95，对流换热的类型设置成自然对流，将温度较低的基板的侧表面和下表面设置为热绝缘。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正模型中，考虑钎料在激光作用下的相变潜热，将活化能设置为55~65KJ/mol。