ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในการเลือกวัสดุประสาน: การเชื่อมต่อที่เสถียรสำหรับการประสานหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

วัสดุบัดกรีแข็งคือโลหะผสมตัวเติมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าโลหะฐาน เมื่อให้ความร้อนและละลาย พวกมันจะเติมช่องว่างการผสมพันธุ์ด้วยการกระทำของเส้นเลือดฝอย ผ่านปฏิกิริยาทางโลหะวิทยากับโลหะฐาน และแข็งตัวเพื่อสร้างข้อต่อที่มั่นคง โลหะผสมตัวเติมเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักรกล ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ เครื่องใช้ในบ้าน และสวิตช์เกียร์ โดยทำหน้าที่เป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่จำเป็นสำหรับการควบคุมความต้านทานต่อข้อต่อ ความต้านทานการสั่นสะเทือน และอายุการใช้งานในระยะยาว ในการผลิตคอนแทคเตอร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์ และสวิตช์กักเก็บพลังงาน การเลือกใช้วัสดุประสานจะกำหนดความเสถียรของการนำไฟฟ้าและความต้านทานส่วนโค้งของหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าประสานโดยตรง

วัสดุประสานประกอบด้วยส่วนประกอบที่เป็นฐาน สารลดจุดหลอมเหลว และองค์ประกอบที่ปรับเปลี่ยนประสิทธิภาพ ส่วนประกอบฐานช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ทางโลหะวิทยากับวัสดุหลัก สารลดจุดหลอมเหลวจะรักษาอุณหภูมิหลอมเหลวให้ต่ำกว่าอุณหภูมิโซลิดัสของโลหะฐาน และการปรับเปลี่ยนองค์ประกอบจะปรับลักษณะการแพร่กระจายและการไหลของโลหะผสมหลอมเหลวตลอดจนประสิทธิภาพทางกลของข้อต่อ ในอุตสาหกรรม วัสดุสำหรับการบัดกรีแข็งจะถูกจัดประเภทตามอุณหภูมิหลอมเหลวให้เป็นโลหะบัดกรี "อ่อน" และโลหะผสมสำหรับการบัดกรี "แข็ง" สารบัดกรีอ่อนละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่า 450 องศา โดยทั่วไปจะเป็นโลหะผสมที่มีดีบุกหรือบิสมัท และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการประกอบ PCB และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความแม่นยำ แม้ว่าจะมีความแข็งแรงของข้อต่อค่อนข้างต่ำก็ตาม โลหะผสมสำหรับการบัดกรีอ่อนที่หลอมละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า 450 องศา และรวมถึงโลหะผสมที่มีเงิน ทองแดง และนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก สิ่งเหล่านี้ให้ความสามารถในการรับน้ำหนักและความต้านทานความร้อนที่เหนือกว่า ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ส่งกำลัง เครื่องมือตัด และท่อโครงสร้าง ด้วยกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้น สารบัดกรีไร้สารตะกั่วจึงค่อย ๆ เข้ามาแทนที่ระบบตะกั่วดีบุกแบบเดิม ด้วยโลหะผสมดีบุก-เงิน-ทองแดง และดีบุก-บิสมัท ซึ่งปัจจุบันทำหน้าที่เป็นโซลูชั่นหลักสำหรับการประกอบทางอิเล็กทรอนิกส์

เมื่อประเมินวัสดุบัดกรีสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรม ควรให้ความสำคัญกับความสามารถในการเปียกน้ำ ความลื่นไหล ความแข็งแรงของข้อต่อ ความต้านทานการกัดกร่อน และการนำไฟฟ้า ความสามารถในการเปียกน้ำหมายถึงความสามารถของโลหะผสมหลอมเหลวในการแพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวของโลหะฐาน ขอบเขตของการแพร่กระจายนี้จะกำหนดพื้นที่การติดที่มีประสิทธิภาพ และได้รับอิทธิพลจากความสะอาดของพื้นผิวโลหะฐาน องค์ประกอบของโลหะผสม และพารามิเตอร์การทำความร้อน ความลื่นไหลเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของการเติมช่องว่าง ความลื่นไหลที่ไม่เพียงพออาจนำไปสู่ช่องว่าง ในขณะที่ความไหลที่มากเกินไปอาจส่งผลให้สูญเสียโลหะผสมของฟิลเลอร์ ความแข็งแรงของข้อต่อได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบแรงเฉือนและแรงดึงเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดการรับน้ำหนักของส่วนประกอบ ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นหรือสเปรย์เกลือ เพื่อป้องกันการกัดกร่อนเป็นพิเศษที่ส่วนต่อประสาน ค่าการนำไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อส่วนประกอบหน้าสัมผัสกำลัง เนื่องจากความผันผวนของความต้านทานของอินเทอร์เฟซอาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นผิดปกติและสูญเสียพลังงานเพิ่มเติม

กระบวนการคัดเลือกวัสดุเกี่ยวข้องกับการประเมินโลหะฐาน โหลดในการทำงาน อุณหภูมิความร้อนที่อนุญาต ต้นทุนวัสดุ และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ โดยทั่วไปแล้วโลหะฐานที่เป็นสเตนเลสสตีลมักจะจับคู่กับฟิลเลอร์ผสมเงินหรือนิกเกิล ในขณะที่โลหะผสมอะลูมิเนียมจะเข้ากันได้ดีที่สุดกับตัวเติมที่เป็นอะลูมิเนียม สำหรับส่วนประกอบที่ต้องรับภาระเป็นรอบหรือสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ควรเลือกโลหะผสมบัดกรีที่ทนความร้อนและทนต่อความล้า ตลอดกระบวนการบัดกรี อุณหภูมิจะต้องไม่เกินอุณหภูมิโซลิดัสของโลหะฐานเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของโครงสร้างเกรน สารตัวเติมที่เป็นเงินเหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ต้องการการนำไฟฟ้าและความต้านทานส่วนโค้งสูง เช่น ชิ้นส่วนที่ใช้ในการบัดกรีแข็งแบบสัมผัสเงิน แม้ว่าจะมีต้นทุนที่สูงกว่าก็ตาม สำหรับการใช้งานที่มีข้อกำหนดด้านโหลดหรือการนำไฟฟ้าที่เข้มงวดน้อยกว่า อาจใช้โลหะผสมที่มีทองแดงหรือสังกะสีแทน เนื่องจากการใช้โลหะผสมสำหรับการบัดกรีแข็งที่มีตะกั่วหรือแคดเมียมถูกจำกัดโดยกฎระเบียบ จึงควรให้ความสำคัญกับระบบโลหะผสมที่มีความเป็นพิษต่ำสำหรับโครงการใหม่

กระบวนการบัดกรีแข็งที่แตกต่างกันต้องใช้วัสดุตัวเติมรูปแบบเฉพาะ โดยทั่วไปแล้ว การบัดกรีแข็งด้วยเปลวไฟจะใช้ตัวเติมที่มีรูปทรงเป็นแท่ง ในขณะที่การบัดกรีแข็งแบบเหนี่ยวนำนั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเติมแบบแผ่นหรือแบบวาง สารตัวเติมแบบเพสต์ที่ประกอบด้วยผงโลหะผสม ตัวกลางตัวพา และฟลักซ์ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสายการผลิตอัตโนมัติที่มีปริมาณมาก ฟลักซ์ใช้ร่วมกับสารตัวเติมเพื่อขจัดชั้นออกไซด์ออกจากพื้นผิวของโลหะฐานและโลหะผสมของสารตัวเติม ขณะเดียวกันก็ปกป้องสระที่หลอมละลายจากการเกิดออกซิเดชันด้วย อัตราการทำความร้อนและความเย็นจะต้องสอดคล้องกับคุณสมบัติทางความร้อนของโลหะฐาน การให้ความร้อนเร็วเกินไปอาจทำให้เกิดการกระเด็นและการเสียรูปได้ ในขณะที่การระบายความร้อนที่ช้าลงจะช่วยลดความเครียดที่ตกค้างในข้อต่อ แม้ว่าจะต้องเสียค่าใช้จ่ายในวงจรการผลิตที่ยาวนานขึ้นก็ตาม

สภาพการเก็บรักษาต้องเก็บไว้ในที่แห้งและสะอาด เนื่องจากวัสดุประสานที่เป็นผงหรือเป็นเนื้อครีมอาจจับตัวกันเป็นก้อนและสูญเสียประสิทธิภาพหากสัมผัสกับความชื้น ก่อนใช้งานในส่วนประกอบการปั๊มประสานแบบสัมผัสทางไฟฟ้า ควรทำความสะอาดตัวเติมแบบลวดเพื่อขจัดน้ำมันหรือสิ่งปนเปื้อนใด ๆ และตัวเติมแบบวางจะต้องคนให้เข้ากันอย่างทั่วถึงเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอสม่ำเสมอ วัสดุบัดกรีที่เป็นเศษจะต้องได้รับการกู้คืนตามกฎระเบียบของเสียอันตราย ส่วนประกอบที่มีโลหะหนักไม่สามารถทิ้งโดยไม่เลือกปฏิบัติได้

วัสดุประสานถูกนำไปใช้ในภาคอุตสาหกรรมที่หลากหลาย อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ใช้บัดกรีอ่อนที่ทำจากดีบุกเป็นหลักสำหรับการบรรจุส่วนประกอบและการเชื่อมต่อระหว่างวงจร ในการตัดเฉือนเชิงกล โลหะผสมสำหรับการบัดกรีแข็งที่มีทองแดงและนิกเกิล (โลหะตัวเติมสำหรับการประสาน) ถูกนำมาใช้ในการประกอบเครื่องมือตัดและส่วนประกอบทางโครงสร้าง ภาคการบินและอวกาศอาศัยโลหะผสมบัดกรีที่มีโคบอลต์หรือนิกเกิลที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ในอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน การบัดกรีแข็งจะใช้กับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและตัวเรือนคอมเพรสเซอร์ สำหรับหม้อน้ำรถยนต์และส่วนประกอบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ เกณฑ์ประสิทธิภาพเฉพาะได้รับคำสั่งเกี่ยวกับความต้านทานของข้อต่อต่อความล้าจากความร้อนและการสั่นสะเทือน

การวิจัยและพัฒนาในอุตสาหกรรมปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่สูตรที่มีความเป็นพิษต่ำ โลหะผสมสำหรับบัดกรีแข็งแบบคอมโพสิต โลหะผสมตัวเติมที่ดัดแปลงด้วยนาโน และฟอยล์หรือแผ่นรองสำหรับบัดกรีที่ขึ้นรูปไว้ล่วงหน้า องค์ประกอบการบัดกรีแข็งที่ขึ้นรูปล่วงหน้าและเพสต์สำหรับการบัดกรีแข็งที่มีความเสถียรเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสายการผลิตแบบอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดความไม่สอดคล้องกันที่อาจเกิดขึ้นจากการแทรกแซงด้วยตนเอง การเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบของวัสดุและการปรับปรุงกระบวนการอย่างต่อเนื่องช่วยลดต้นทุนต่อหน่วยของวัสดุบัดกรีคุณภาพสูง

ก่อนที่ทีมวิศวกรจะดำเนินการสร้างต้นแบบและการผลิตส่วนประกอบจำนวนมาก เช่น สวิตช์หรือคอนแทคเตอร์ พวกเขาจะต้องกำหนดเกรดโลหะผสมสำหรับการบัดกรี ระบบฟลักซ์ โปรไฟล์การทำความร้อน และมาตรฐานการตรวจสอบที่เฉพาะเจาะจงให้แน่ชัด การควบคุมความต้านทานของส่วนต่อประสานของหน้าสัมผัสจะสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการทำให้การเลือกวัสดุ พารามิเตอร์ของกระบวนการ และโปรโตคอลการตรวจสอบมีการจัดวางอย่างเหมาะสมเท่านั้น วิธีการนี้จะช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวที่เกิดจากการกัดเซาะของส่วนโค้งหรือความล้าที่เกิดจากการสั่นสะเทือน เพื่อให้มั่นใจว่าชุดประกอบประสานแบบสัมผัสเงินรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงตลอดวงจรการสลับระยะยาว