تصميم وآلية مواد اللحام — رابط رئيسي في مكونات اللحام الكهربائي ذات الجهد المنخفض-

مع تطور تقنيات الكهربة الصناعية والتشغيل الآلي، تتزايد باستمرار متطلبات السلامة والاستقرار والموثوقية -على المدى الطويل للمنتجات الكهربائية ذات الجهد المنخفض-. تتطلب المكونات الأساسية مثل مجموعات الاتصال، والتجمعات الحرارية، والتجمعات المغناطيسية، وهياكل التوصيل الموصلة، تقنيات توصيل معدنية مستقرة لتحقيق الترابط الدائم. من بين العديد من عمليات التوصيل، تُستخدم تقنيات اللحام بالنحاس الأصفر على نطاق واسع في تصنيع التوصيلات الكهربائية نظرًا لموثوقيتها وقابليتها للتكيف. على سبيل المثال، أصبح اللحام التناكبي واللحام بالمقاومة أساسًا تكنولوجيًا مهمًا في تصنيع المكونات الكهربائية.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

في أنظمة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المنخفض-، تؤثر مشكلات مثل احتراق التلامس-وانفصال التلامس الفضي وزيادة مقاومة التلامس بشكل مباشر على عمر خدمة المنتج وأداء السلامة. تشير الإحصائيات ذات الصلة إلى أنه عندما تكون جودة اللحام غير كافية، فإن معدل احتراق المواد الملامسة-يمكن أن يزيد بمقدار 2 إلى 3 مرات، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في عمر المنتج. لذلك، في ظل نفس ظروف تصميم المنتج، غالبًا ما تصبح جودة اللحام عاملاً رئيسيًا في تحديد موثوقية المعدات. تحدد عملية اللحام، ومواد اللحام، وخصائص المواد الأساسية، وقدرات المعدات بشكل مشترك الجودة النهائية، ومن بينها تصميم واختيار مواد اللحام أهمية خاصة. تعتمد العديد من هياكل التوصيلات الكهربائية، مثل نقاط الاتصال الكهربائية النحاسية، على مواد لحام مستقرة لضمان التشغيل الموثوق على المدى الطويل-.

 

يعمل اللحام كجسر بين المادة الأساسية والركيزة في نظام اللحام، مما يتيح الترابط المعدني بين المواد المختلفة. نظرًا لانخفاض درجة حرارة اللحام بالنحاس نسبيًا وملاءمته للهياكل المعقدة ووصلات المواد المتباينة، يُستخدم اللحام بالنحاس على نطاق واسع في صناعة الأجهزة الكهربائية ذات الجهد المنخفض-. من منظور المواد، يمكن تصنيف الجنود إلى أنظمة مختلفة مثل القائم على الفضة- والنحاس-، ومن حيث الشكل المادي، يمكن تقسيمهم إلى جنود صلبين، وجنود مسحوق، وجنود معجون. غالبًا ما تتطلب المنتجات الكهربائية المختلفة، مثل مجموعات الاتصال الكهربائية، اختيار أنظمة اللحام المناسبة بناءً على تيار التشغيل وظروف درجة الحرارة والهيكل الميكانيكي.

 

أثناء اللحام الفعلي، قد تحدث عيوب مثل المسامية والشقوق وشوائب الخبث داخل اللحام، مما يضعف القوة الميكانيكية والتوصيل لمفصل اللحام. على سبيل المثال، في حالة لحام الركيزة النحاسية بالنحاس، تحدث الأكسدة بسهولة على سطح النحاس أثناء عملية تسخين اللحام. إذا لم يتم التحكم في تفاعل الأكسدة بشكل فعال، فإن النحاس يتحد مع الأكسجين لتكوين أكسيد النحاسوز، والذي، أثناء تصلب اللحام، يشكل بنية سهلة الانصهار -نقطة انصهار- منخفضة موزعة على طول حدود حبيبات النحاس، وبالتالي تقليل القوة الإجمالية للمفصل. يمكن أن تحدث مشاكل مماثلة في بعض توصيلات اللحام المسقط، مما يجعل التحكم في بيئة اللحام واللحام أمرًا بالغ الأهمية.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ترتبط الأسباب الرئيسية لمسامية اللحام ارتباطًا وثيقًا بالخصائص الفيزيائية الحرارية للمواد. يتمتع كل من الفضة والنحاس بموصلية حرارية عالية. عندما يتصلب حوض اللحام بسرعة أثناء مرحلة التبريد، تنخفض قابلية ذوبان الغازات في المسبح بسرعة ويبدأ هطول الأمطار. إذا لم تتمكن الغازات من الهروب في الوقت المناسب قبل التصلب، فسوف تتشكل هياكل مسامية داخل اللحام. يتطلب هذا النوع من المشاكل اهتمامًا خاصًا عند تصنيع نقاط الاتصال الكهربائية المصنوعة من النحاس الفضي، حيث تؤثر عيوب اللحام على قدرة النقل الحالية والموثوقية-على المدى الطويل.

 

عند لحام الفضة بركيزة نحاسية، قد تحدث أيضًا شقوق ساخنة في منطقة الاندماج. تشمل الأسباب الرئيسية المعامل الكبير للتمدد الخطي للنحاس، والبنية سهلة الانصهار Cu+Cu₂O التي تكونت أثناء التصلب، وفصل الشوائب في المادة الأساسية عند حدود الحبوب. يمكن أن يؤدي التأثير المشترك لهذه العوامل إلى تركيز الإجهاد في منطقة اللحام، مما يؤدي إلى تكوين الشقوق. بالنسبة لبعض أجزاء الاتصال الكهربائية الملحومة، يمكن أن تؤثر هذه الشقوق بشكل مباشر على الاستقرار التشغيلي للمعدات الكهربائية.

 

من بين أنظمة اللحام المختلفة، يتم استخدام اللحام القائم على الفوسفور-المحتوي على النحاس-على نطاق واسع لربط النحاس وسبائك النحاس. يمتلك الفوسفور-الجنود المحتوي على سيولة جيدة وخصائص لحام ذاتي-، ولكنه يظهر أيضًا بعض الهشاشة. لذلك، يجب تحقيق التوازن بين السيولة وصلابة المفاصل أثناء تصميم المواد. تتطلب العديد من أنظمة اللحام المستخدمة في مجموعات التلامس الفضية النحاسية تحسين التركيب لتحسين موثوقية اللحام بشكل عام.

 

يلعب الفوسفور دورين رئيسيين في أنظمة اللحام. أولاً، وفقًا لمخطط طور Cu-P، عندما يصل محتوى الفوسفور إلى نسبة معينة، يمكن أن يشكل النحاس والفوسفور بنية سهلة الانصهار بنقطة -نقطة انصهار- منخفضة، مما يقلل بشكل كبير من درجة حرارة انصهار اللحام ويحسن سيولة اللحام. ومع ذلك، فإن Cu₃P عبارة عن مرحلة هشة نموذجية، ويزداد محتواها مع زيادة محتوى الفوسفور. لذلك، من الضروري التحكم الصارم في محتوى الفوسفور لتجنب الهشاشة المفرطة في وصلة اللحام. في بعض تطبيقات الاتصالات الملحومة بالنحاس والفضة، يعد التحكم في التركيب أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص.

 

ثانيًا، يُظهر الفوسفور أيضًا درجة معينة من اللحام الذاتي-بالنحاس أثناء عملية اللحام. تحت ظروف درجة الحرارة المرتفعة-، يمكن أن تتفاعل أكاسيد النحاس مع الفوسفور لتكوين أكاسيد، وبالتالي تمنع المزيد من أكسدة سطح النحاس. يمكن أن يشكل هذا التفاعل طبقة أكسيد سائلة واقية، مما يحافظ على سطح المادة الأساسية نشطًا ويسهل ترطيب اللحام وانتشاره. هذه الخاصية تجعل من الفوسفور-الجنود المحتوي على قيمة عالية لربط المواد النحاسية ويستخدم على نطاق واسع في الهياكل مثل الاتصالات الكهربائية ذات الرؤوس الفضية.

 

ومع ذلك، فمن المهم ملاحظة أن اللحامات المحتوية على الفوسفور-تتمتع بمقاومة ضعيفة للتآكل في البيئات المحتوية على الكبريت-وضعف قابلية البلل مع المواد القائمة على الحديد-، وقد تشكل مركبات هشة. لذلك، عند لحام الفولاذ أو الحديد-الذي يحتوي على سبائك، يجب تحديد أنظمة لحام بديلة بناءً على الظروف المحددة. بالنسبة لمكونات الاتصال الكهربائية المخصصة التي تتطلب موثوقية عالية، فإن تقييم توافق اللحام مهم بشكل خاص.

 

فيما يتعلق بتحسين تكوين اللحام، فإن إضافة كميات صغيرة من عناصر صناعة السبائك يمكن أن تحسن بشكل كبير البنية المجهرية للمفصل الملحوم. على سبيل المثال، يمكن لبعض عناصر صناعة السبائك أن تخفض نقطة انصهار السبيكة، وتزيد نسبة البنية سهلة الانصهار، وتغير شكل مرحلة Cu₃P، وتحولها من بنية ممتلئة أو متغصنة إلى جزيئات دقيقة، وبالتالي تحسين صلابة ومرونة المفصل. وقد تم تطبيق أسلوب تصميم المواد هذا على نطاق واسع على -مجموعات الاتصال AgCu ذات الموثوقية العالية لمجموعات المفاتيح الكهربائية.

 

من منظور هيكل واجهة اللحام، تتكون الوصلة النحاسية النموذجية عادةً من ثلاثة أجزاء: طبقة واجهة، وطبقة انتشار، وطبقة متبقية. تتكون الطبقة البينية بشكل أساسي من طبقة رابطة معدنية مكونة بين عناصر صناعة السبائك والمواد الأساسية؛ تتكون طبقة الانتشار بشكل أساسي من محلول صلب قائم على النحاس-يحتوي على الفوسفور وعناصر السبائك؛ وقد تحتوي الطبقة المتبقية على بنية سهلة الانصهار Cu₃P. لتحسين قوة اللحام، من الضروري تقليل سمك الطبقة المتبقية وتحسين الهيكل سهل الانصهار من خلال تصميم المواد. يعد التحكم في البنية المجهرية أمرًا بالغ الأهمية للعديد من مجموعات الاتصال الكهربائية المعقدة المطلية بالذهب- أو الفضية.

 

بالإضافة إلى تصميم تركيبة اللحام، يعد التدفق النشط للغاية أيضًا عاملاً مهمًا في ضمان جودة اللحام. يمكن للتدفق المناسب إزالة الأكاسيد من سطح المادة الأساسية، وتحسين قابلية بلل اللحام، ومنع تآكل الركيزة المعدنية. يعمل نظام التدفق-المصمم جيدًا على تعزيز بنية اللحام السلسة والكثيفة والكاملة، مما يزيد من موثوقية اللحام. يوجد هذا النوع من العمليات بشكل شائع في عمليات اللحام الآلي مثل اللحام بالفرن أو اللحام بالمقاومة.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ومع التطوير المستمر للتكنولوجيا الكهربائية ذات الجهد المنخفض-، يتم باستمرار إدخال مواد وهياكل جديدة في تصميم المعدات الكهربائية، مما يفرض متطلبات أعلى على موثوقية اللحام. بدءًا من تصميم اللحام وحتى التحكم في عملية اللحام وتحسين البنية الدقيقة للواجهة، فإن التطوير التآزري لعلوم المواد وتكنولوجيا التصنيع يقود باستمرار تقدم تكنولوجيا التوصيل الكهربائي.

 

في التطبيقات الصناعية العملية، لا تعمل تقنية اللحام المستقرة والموثوقة على إطالة عمر المنتجات الكهربائية فحسب، بل تقلل أيضًا من تكاليف صيانة المعدات بشكل كبير. بالنسبة إلى -منتجات مصنع تجميع جهات الاتصال النحاسية الفضية/منتجات OEM التي يتم إنتاجها بكميات كبيرة، أصبح تصميم مواد اللحام وتحسين العملية أساسًا حاسمًا لضمان جودة المنتج.

 

 

في المعدات الكهربائية الحديثة، أصبحت الهياكل الملحومة الموثوقة للغاية أساسًا حيويًا لتصنيع مكونات الاتصال. بدءًا من اللحام بالتلامس الفضي وحتى توصيلات البنية الموصلة القائمة على النحاس-، وأنواع مختلفة من الاتصالات الكهربائية الملحومة بالنحاس-والفضةاتصالات النحاس والفضة الملحومةتستخدم على نطاق واسع في المرحلات، وقواطع الدائرة، والموصلات، والمفاتيح الكهربائية. من خلال العمليات الناضجة مثل اللحام التناكبي، واللحام بالمقاومة، واللحام المسقط، والنحاس بالأفران، يمكن تصنيع جهات اتصال كهربائية مستقرة وموثوقة ومكونات اتصال كهربائية مخصصة معقدة.

 

لتلبية احتياجات مفاتيح الطاقة والمعدات الكهربائية الصناعية، تقدم الشركات المصنعة المتخصصة عادةً حلول منتجات كاملة بما في ذلك مجموعات الاتصال الكهربائية، وجهات الاتصال الكهربائية ذات الرؤوس الفضية، وتجميعات الاتصال AgCu للمفاتيح الكهربائية. تضمن مكونات الاتصال الكهربائية عالية الأداء- هذه التوصيلية الكهربائية مع تلبية متطلبات التطبيق ذات الموثوقية العالية وعمر الخدمة الطويل.