Ultrasonik lehimleme cihazı tasarımı ve ultrasonik yöntemle lehimleme uygulamaları

Abstract

RoHS direktiflerine göre kurşunsuz lehim alaşımlarına geçiş sürecinin başlamasıyla birlikte kurşunsuz lehim alaşımları geliştirilmeye başlanmıştır. Fakat geliştirilen kurşunsuz lehim alaşımları klasik lehimleme yöntemleri ve cihazlarıyla kullanıldığı zaman lehim noktalarında çeşitli problemler ortaya çıkmıştır. Karşılaşılan bu problemleri ortadan kaldırmak, flaks artıkları ve flaks artıklarını temizlemek için kullanılan kimyasalların lehim noktalarında korozyona sebep olmasından dolayı lehimleme işlemlerinde flaks kullanımını ortadan kaldırmak ve cam, seramik gibi metal olmayan yüzeylere lehimleme yapabilmek için yeni bir lehimleme yöntemi ve lehimleme cihazı geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Bu ihtiyaçlar göz önünde bulundurularak, bu tez çalışmasında kurşunsuz lehim alaşımları kullanılarak hatasız lehimleme yapabilen, lehimlenmesi zor metallerin ve cam, seramik gibi metal olmayan yüzeylerin lehimlenmesine olanak sağlayan, flaks kullanımının, ön temizleme ve lehimleme işleminden sonra yapılması gereken temizleme işlemlerinin ortadan kaldırıldığı, çevre dostu ve ekonomik bir yöntem olan ultrasonik lehimleme cihazı tasarımı yapılmıştır. Lehimleme; elektrik hattından gelen düşük frekanslı elektrik enerjisinin yüksek frekanslı elektriksel titreşimlere dönüştürülmesi, yüksek frekanslı elektriksel titreşimlerin mekanik titreşimlere dönüştürülmesi ve mekanik titreşimler ile oluşan sürtünmeden açığa çıkan ısı ile gerçekleştirilir. Tasarımı yapılan cihaz ile kurşunsuz lehim alaşımı kullanılarak, ön temizleme yapılmadan, flaks kullanmadan ve ön ısıtma yapmadan lehimleme işlemleri yapılmıştır. Alüminyum üzerine bakır ve nikel kaplı bakırlar lehim alaşımı kullanmadan ve cam üzerine kalay kaplı bakırlar kurşunsuz lehim alaşımı kullanılarak farklı basınç ve sürelerde lehimlenmiştir. Elde edilen lehim noktalarının mikro yapıları taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. Böylece geçiş bölgelerinin kalınlıkları tespit edilmiştir. Lehim noktalarının mukavemetlerinin tespit etmek üzere çekme testleri yapılmıştır. Lehim noktalarının mukavemetlerinin uygulanan basınç ve titreşim süresi ile değişimi incelenmiştir.

According to RoHS directives, using lead is banned in electronic applications therefore, lead-tin solder is also banned. Because of this ban, lead free solder has been started to develop. However, lead free solder is not suitable for traditional soldering methods. When lead free solder is used with traditional soldering methods, there are some problems in joints. In soldering, flux is used to wet joint well and flux residual should be cleaned with chemical agent after soldering. However flux residual and chemical agent residual cause to corrosion in joints therefore using flux is not suggested in soldering operations. At the present time, glass and ceramic surfaces are used to solder on but traditional soldering methods are not suitable for soldering on them. To resolve these problems, a new soldering methods and soldering equipment are necessary. According to these necessities, ultrasonic soldering method is determined the best method for solving these problems and ultrasonic soldering machine is designed. To test the performance of designed machine, some experimental studies are done. In these experimental studies, copper clips and nickel coated copper clips are soldered on aluminium surfaces without pre-cleaning, using flux, preheating and solder. And also tin coated copper clips is soldered on glass surface with lead free solder and without pre-cleaning, using flux and preheating.After soldering, transition zone is investigated with scanning electron microscope. To determine strength of soldering joint, tensile test is done with 5 mm/min. velocity at room temperature.