储能焊机的工作原理及应用

1 引言

    随着电子装备的日益小型化和多功能化，用户对混合集成电路的可靠性要求越来越高，如

果没有良好的、可靠的封装来保护混合集成电路的各种元器件，混合集成电路就要受到外界环

境的影响，甚至造成电路的完全失效。集成电路封装就是将一个或多个有一定功能的集成电路

芯片放置在一个与之相适应的外壳容器中，为芯片提供稳定可靠的工作环境。储能焊作为混合

集成电路封装的主要形式，适用于中小腔体、高可靠混合集成电路的气密封封装。下面就储能

焊机的工作原理、工艺控制及解决措施进行讨论。

2 储能焊机的工作原理

    把金属管帽、管座分别置于相应规格的上、下焊接模具中并施加一定的焊接压力，利用储

能电容器在较长时间里储积的电能，而在焊接的一瞬间将能量释放出来的特点来获得极大的焊

接电流，接触电阻将电能转换成热能而实现焊接过程。焊接电流和焊接压力的关系如图1所示。

  图2表示有焊接变压器的电容器储能焊工作原理。当把开关S打到S1，电容器Cp充电，Cp达到

所需电压后，S再与S2点接触，电容器Cp通过焊接变压器T2的一次绕组放电。电阻器R1是控制充

电电流和充电时间的。由于焊接回路的电阻很小，因此，电流很大，产生的瞬时热量多，便于

焊接。

3 储能焊机的特点

    储能焊机采用晶体管元件进行程序控制。充放电开关均用可控硅代替笨重的交流接触器和

引燃管。作为无触点大电流开关的可控硅具有体积小、无噪音、使用方便等特点。特别是它的

压降只有引燃管的1/10，使电力可以得到有效的利用。随着储能电解电容器的发展，储能式焊

机的储能量可以达到很大，体积却很小，充电电压由电子开关精确控制且连续可调，并由电压

表监视。线路附有过压保护装置，防止击穿储能式电容器。

    由于电容器储能焊机的充电电流远小于放电电流，因此，它对电网的冲击很小，对电源功

率的要求也不高。另外，由于它的放电时间极短，在电源电压波动的情况下也能保证焊机性能

的稳定。它的放电范围不存在交流电路中电流反向时出现的冷却间歇，因此，较适合于焊接导

电性和导热性良好的轻金属，如低碳钢、可伐合金、不锈钢、镍铬丝和其他导电、导热性好的

金属。  

3.1 电容器储能焊的能量

    电容器的能量是用直流电源充入的，如果电容器储存的能量用EK表示，电容用Cp表示，那么

EK可由(1)式求出：  

电容器存储能量的大小与Cp成正比，与充电电压Uc的平方成正比，欲改变EK，可以调节Cp或

Uc。为了增加电容器储存能量，提高充电电压比提高容量更为有效。给电容器充电需用直流电，

需设计整流线路，如图3所示，若直流电源输出端的能量为EC，则EC可用式(2)求出：

 

式中，ij是充电电流瞬时值；

          Rl是充电回路电阻；

      t是充电时间。

    由式(2)、(3)可得：

 

因而，消耗在回路电阻器上的能量ER可由式(5)求出：

 

显然，充电电源能量的另一半用于建立电场的能量，即式(1)中的EK。

    根据二次电路的放电形式，电容器储能焊机可分为两种：一种是直接放电，即无焊接变压

器电容器储能焊机；另一种是间接放电，即有焊接变压器电容器储能焊机。

    无焊接变压器的电容器储能焊机具有设备简单和能量利用率高的优点。缺点是工作电压太

高，不安全，并且有巨响，有飞溅金属，影响它在生产中的推广使用。

    有焊接变压器电容器储能焊机的电容器放电，是在焊接变压器的一次线圈中进行的，焊件

通过二次侧电流加热。它的特点是低电压、大电流、噪声小、操作安全、焊接质量稳定可靠、

用途比较广泛。下面着重讨论有焊接变压器的电容器储能焊。

3.2 电容器充电

    充电时，当时间t=0时，电容器的充电电压UC=0，此时，电流i0完全取决于电压U0和充电回

路中的电阻R1。此时，