微電阻焊量測

為了了解焊接技術在微米尺寸等級的可行性以及表現，本節將會描述微焊接 技術量測時所紀錄的參數以及量測設備的架設。焊接電流(Iw)、接觸電阻(R)與焊 接時間 (t) 三項因素主要影響了焊接時產生的熱量大小。另外，穩健的組裝也是

微元件組裝的條件之一，因此將會測量焊接後，焊接點的強度，作為參考指標。

量測時的電路架設如圖 13，Va提供致動器所需的電壓，並且產生Ia的電流 流經致動器。另外有一個電壓源Vw提供焊接時所需的電壓，並且焊接電流Iw流經 焊接點，焊接點的接觸電阻R。根據焦耳定律，在焊接點產生的熱量會與焊接電 流 (Iw) 與接觸電阻 (R)以及焊接時間(t)有關。

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圖 13 測量時之電路接線圖。

測量時的設備架設如圖 14所示。其中，由安裝LabView 軟體的個人電腦透 過USB介面傳送電壓設定指令至電源供應器的GPIB介面。藉由一組電源供應器 提供焊接電流，並且透過LabView程式，能夠控制電壓的輸出。另外一組電源供 應器能夠提供致動單元所需的電源。除了送出控制電壓的指令，透過GPIB介面，

焊接電壓與焊接電流也會透過此介面以6Hz的速度傳回到電腦中，並且寫入文字 檔。在測量過程中，元件的變化會藉由光學顯微鏡以及CCD攝影機拍攝焊接過 程。並且傳入電腦儲存。透過紀錄下來的畫面可以計算焊接單元二的變形量，搭 配樑變形公式，可計算當時的受力。

在一開始輸入致動器所需的電力，使得致動器單元往前推動，讓焊接單元一 與單元二接觸，在此時測量接觸點的接觸電阻。紀錄接觸電阻之後，輸入焊接電 壓，由零伏特逐漸往上增加，大約以30 mV/sec 到達最大電壓值約 0.9 V，在此 過程中，焊接電流亦逐漸增加，所產生的熱量可進行微電阻焊過程，之後以同樣

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速率降低電壓直到結束。當焊接過程結束，焊接後的接觸電阻 (post contact resistance ) 將會被測量紀錄下來。

圖 14 硬體設備架設。包含一台個人電腦，兩台電源供應器，光學顯微鏡以及 CCD 攝影機。

焊接參數包含接觸壓力、初始/焊接後接觸電阻、焊接電流與焊接電壓可由

實驗量測。在焊接點的接觸壓力可以藉由尺規的位移量以及橫截面計算得之。根

據式(1)，焊接能量 (熱量, Q)在實驗中可表示成：

∑

= IV T

Q _{i i} (10)

其中，Ii、Vi 以及 分別代表第 i 個時刻的電流、電壓以及時間間隔。平 均功率(P)定義為焊接能量(Q)除以全部焊接時間(T)，可表示為：

ΔT

T

P= Q (11)

焊接強度也會進一步地測量。使用微操控平台與探針座挾持住焊接單元二的

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尺規部分，並且嘗試拉開焊接後的焊接點。透過CCD 拍攝到焊接單元二的位移 量，配合材料力學中樑變形公式可計算出焊接強度。