Оценка прочности микросоединений в ППИ

При контроле прочности микросоединений статическими и динамическими испытаниями необходимо учитывать расположение контактных площадок на разных уровнях. При испытаниях на растяжение важную роль играет угол отрыва проволочной перемычки, т. к. при малых углах измеренная прочность сварного соединения оказывается в несколько раз меньше действительной величины.

В производстве ППИ используется способ контроля прочности микросоединений между кристаллом и корпусом натяжением крючком проволочной перемычки. При этом для 100 %-ного контроля прочности испытание должно быть неразрушающим. Возникает необходимость определить взаимосвязь между приложенным к перемычке усилием и действительным значением прочности сварного соединения в зависимости от механических свойств материала, геометрической формы и размеров перемычки.

На рис. 8.2 представлена схема контроля прочности микросоединений.

Приложенная к перемычке сила F связана с усилием натяжения проволоки со стороны кристалла (F_k) и траверсы (F_т) соотношениями

Рис. 8.2. Схема контроля прочности микросоединений натяжением проволочной перемычки: 1 – кристалл; 2 – траверса; 3 – проволочная перемычка

(1)

(2)

где β, γ – углы, образованные между плоскостью соединения и проволоки, град.

В процессе испытания для того, чтобы усилия, действующие на оба сварных соединения, были равны, необходимо равенство углов подъема ветвей вывода (β = γ). В этом случае усилия натяжения проволоки

(3)

В момент равенства сил F_k и F_т крючок занимает вполне определенное положение b на перемычке в зависимости от d, h, H. Размер b исходя из этих условий определяют по формуле

(4)

где d – расстояние между сварными соединениями, мм; h – высота перемычки, мм; H – разновысотность кристалла и траверсы, мм.

Значение b = 0,5d, если микросоединения находятся на одном уровне. В случае если одно микросоединение находится выше другого, точка приложения усилия к перемычке при равенстве сил натяжения ветвей смещается в сторону более высокой точки присоединения вывода (b > 0,5d), т. е. к траверсе.

Длина L перемычки через геометрические размеры соединения составляет

(5)

Подставляя выражение (4) в формулу (5), получим значение высоты перемычки

(6)

Выражения (4) и (6) позволяют определить точные координаты места приложения к перемычке контрольного усилия при равенстве сил натяжения ветвей.

Угол подъема ветвей вывода γ рассчитывают по формуле

(7)

Максимальное усилие натяжения ветвей через механические свойства материала проволочного вывода определяется из выражения

, (8)

где [σ_доп] – допустимое напряжение в микросварном соединении, МПа; S – площадь поперечного сечения микросоединения, мм².

По приведенным формулам проведены расчеты геометрических размеров микросоединения, координат места приложения нагрузки, усилия натяжения ветвей и усилия, приложенного к перемычке. Результаты расчетов при равенстве сил натяжения проволоки со стороны кристалла и траверсы для микросоединений, выполненных алюминиевой проволокой диаметром 0,03 мм ([σ_доп]=283 МПа), приведены в табл. 8.1.

Табл. 8.1. Значение величины усилия F в зависимости от геометрических размеров перемычки

В этом случае силы натяжения вывода определяются по формулам

(9)

. (10)

При испытаниях трудно обеспечить высокую точность ориентации крючка относительно перемычки, поэтому в расчетах необходимо учитывать погрешность позиционирования (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Схема усилия, действующего на проволочную перемычку, в зависимости от места приложения нагрузки: 1 – кристалл; 2 – траверса; 3 – проволочная перемычка

Расстояние b до точки приложения усилия в исследуемом приборе с учетом погрешности позиционирования вычисляется по формуле

(11)

где b_опт – оптимальное значение b для случая равенства сил, действующих на микросоединения на кристалле и корпусе, мм; δ – погрешность позиционирования, %.

По формуле (6) рассчитывают высоту перемычки, а затем по выражениям (9) и (10) усилия натяжения ветвей и величину контрольного усилия, которое нужно приложить к перемычке. Результаты расчетов приведены в табл. 8.2 (при δ=10 %).

Из табл. 8.2 видно, что в случае смещения точки приложения нагрузки к траверсе усилия, действующие на сварные соединения кристалла и траверсы, будут равны при d=3,4 мм и L=3,778 мм. Если нагрузка смещена к кристаллу, то F_K=F_T=0,02 H при d=3,8 мм и L=4,161 мм.

Табл. 8.2. Зависимость прочности микросоединений ППИ от места приложения механической силы к проволочной перемычке диаметром 0,03 мм (при Н=0,3 мм, d=10 %)

По предложенной методике проведены расчеты геометрических размеров микросоединения, координат места приложения нагрузки, усилия натяжения ветвей и усилия, приложенного к перемычке, для диода Шоттки в корпусе типа ТО-220. Конструктивные размеры прибора: d=5,6 мм; Н=1,55 мм. Результаты расчетов для микросоединений, выполненных алюминиевой проволокой марки А995 диаметром 0,25 мм ([σ_доп]=71,2 МПа), при равенстве усилий, действующих со стороны кристалла и траверсы, приведены в табл. 8.3. Максимальное допустимое усилие натяжения ветвей по формуле (8) F_доп=3,49 Н.

Табл. 8.3. Значение величины усилия F в зависимости от геометрических размеров перемычки

Установлено, что при смещении точки приложения нагрузки к микросоединению сила, действующая на это соединение, увеличивается (табл. 8.4).

Табл. 8.4. Зависимость прочности микросоединений диодов Шоттки от места приложения механической силы к проволочной перемычке диаметром 0,25 мм

Таким образом, на величину усилия натяжения проволоки большое влияние оказывают геометрические размеры проволочной перемычки и точка приложения механической силы к перемычке. Силы натяжения проволоки со стороны кристалла и траверсы могут существенно отличаться и превышать усилия, приложенные к перемычке, и приближаться к допустимым значениям прочности микросоединений. С увеличением длины и высоты перемычки усилие, которое нужно приложить к перемычке, увеличивается. Это необходимо учитывать при проведении контроля прочности микросварных соединений ППИ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: