【摘 要】
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本文研究了光纤连接器连接接头互连工艺和接头热疲劳可靠性,针对光纤连接器长期服役于±100℃高低温循环的恶劣太空环境中时,焊接接头易产生疲劳裂纹、漏气等问题,对比分析了适用于该连接接头焊接的不同种类焊料性能,探究了相关焊接工艺、焊接质量及界面反应,通过有限元模拟手段评估了连接接头的热疲劳可靠性,并对光纤连接器连接接头进行了尺寸优化。基于真空共晶回流方法制备AuSn20焊料光纤连接器连接接头,当最高温
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本文研究了光纤连接器连接接头互连工艺和接头热疲劳可靠性,针对光纤连接器长期服役于±100℃高低温循环的恶劣太空环境中时,焊接接头易产生疲劳裂纹、漏气等问题,对比分析了适用于该连接接头焊接的不同种类焊料性能,探究了相关焊接工艺、焊接质量及界面反应,通过有限元模拟手段评估了连接接头的热疲劳可靠性,并对光纤连接器连接接头进行了尺寸优化。基于真空共晶回流方法制备AuSn20焊料光纤连接器连接接头,当最高温度330℃、最高温度保温时间4min时获得的连接接头密封性良好,气密泄漏率≤1×10-10Pa·m3/s,能够满足使用要求;回流工艺和外界环境均会对界面组织产生影响进而改变接头可靠性;当互连焊料为SnPb37共晶焊料时,可伐管-可伐底座界面附近有大量脆性针状化合物AuSn4生成,易引发焊点失效。采用Anand统一粘塑性本构方程描述AuSn20、SnPb90和SnPb37三种焊料的热力学行为,运用ANSYS软件模拟三种焊料模型的连接接头在热循环载荷作用下的应力应变场。研究表明,连接接头中焊缝Ⅰ发生疲劳破坏的关键位置在焊料层边缘尖角区;焊缝Ⅱ发生破坏的关键位置在焊料与光纤连接界面靠近边缘处;热循环结束时,铅基焊料模型连接接头中的高应力区位于光纤中;采用coffin-manson方程对这三种模型的疲劳寿命进行评估,相同载荷作用下,AuSn20焊料连接接头理想寿命可以达到49.5年,而另外两种钎料所形成的连接接头的服役寿命只有1年左右;高温条件下,铅基焊料的粘塑性特性更加明显,单个周期内的累积非弹性应变值更大,因而AuSn20焊料更适合应用于宇航用光纤连接器密封焊接方面。在此基础上,对AuSn20焊料模型接头进行了尺寸优化,结果显示,光纤连接器连接接头的最优尺寸为D=1.49mm、d=1.39mm、d1=340μm、d2=125μm。
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