CN102303174B - 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法 - Google Patents

一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102303174B
CN102303174B CN 201110242568 CN201110242568A CN102303174B CN 102303174 B CN102303174 B CN 102303174B CN 201110242568 CN201110242568 CN 201110242568 CN 201110242568 A CN201110242568 A CN 201110242568A CN 102303174 B CN102303174 B CN 102303174B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
silver
ceramic substrate
sintering
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201110242568
Other languages
English (en)
Other versions
CN102303174A (zh
Inventor
甄海威
何永祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Zr-Data Technology Co Ltd
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN 201110242568 priority Critical patent/CN102303174B/zh
Publication of CN102303174A publication Critical patent/CN102303174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102303174B publication Critical patent/CN102303174B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

本发明公开了一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法,先进行铝板的镀锡、镀锡前先用煤油、汽油等有机溶剂粗除油脂,再采用氢氧化钠与碳酸钠的混合液进行碱洗,然后在硫酸亚锡与硫酸等混合物中电镀,使铝的表面形成锡层;陶瓷基板采用氧化铝陶瓷基板,先制造模版,在丝网上涂感光胶后放上模板,进行曝光后用水冲洗未曝光部分,再在陶瓷基板上用银浆进行丝网印刷,把银浆印在陶瓷基板上,再送入陶瓷烧结炉高温烧结,通过陶瓷烧结使银箔形成电路并与陶瓷紧密结合;最后把有银箔的陶瓷与镀锡的铝,按照陶瓷、铝的叠加次序进行回流焊接;该发明使金属与非金属紧密固定,把铝与陶瓷的优点结合起来,很有实用意义。

Description

一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域,尤其涉及一种金属与非金属的相互焊接的方法。
背景技术
随着国家高端技术的需求,尤其是航天事业的发展,对材料的性能有着各种各样的高水平要求。有的要求是既要导热率高、耐腐蚀、耐磨损,但又要绝缘,能切削加工。而陶瓷、铝只能满足其中部分要求。目前只有使用金属材料与非金属材料的紧密复合才能达到要求。而紧密复合只能是焊接比较理想,因为焊接是将两部分同质或非同质的材料,利用原子间的联系及质点的扩散作用,通过加热、加压或加热的方法形成永久性的连接,这样才能确保其多种功能的要求。但由于陶瓷与金属在电子结队晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在着明显的差别,因此要实现陶瓷与金属结合是困难的;用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接,因为陶瓷与金属界面的结合机制都属于化学结合。此外由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大,因此由焊接温度冷却下来后会产生很大的热应力,降低了焊接接处的强度,轻则变形,重则裂开,所以金属与非金属的焊接是个难以解决的问题。
发明内容
本发明目的是针对陶瓷与铝(铝合金)的特性,以及普通焊接的局限性,提供了一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法。
本发明解决其技术问题的技术方案是:一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法,铝包括铝合金,该方法包括以下步骤:
(1)铝板镀锡:应用有机溶剂粗除铝板上的油脂,然后置于混合液中碱洗,进行化学除油,混合液由氢氧化钠、碳酸钠和水按照质量比2:1:7混合得到;最后放入电镀槽中进行镀锡10分钟,得镀锡层。
(2)陶瓷烧银:包括丝网印刷与陶瓷烧结两个子步骤。
(2.1)丝网印刷:先制造与镀锡层形状一致的模版,在丝网上涂感光胶,然后把模版放在感光胶上,通过曝光机进行曝光,丝网上模板遮住部分以外曝光,感光胶凝固,而模版遮住部分不透光,模板遮住部分的感光胶由于不透光而没有凝固;用水冲洗,洗去未曝光部分,再采用银浆作为油墨,把丝网放置在陶瓷基板上进行印刷,把银浆印在陶瓷基板上,由于丝网上模板遮住部分是透空的,所以银浆就印在陶瓷基板上相应位置,而其余部分因为有胶封住,银浆就没有印上。
(2.2)陶瓷烧结:将印刷好的陶瓷基板在陶瓷烧结炉中烧结,使银浆与陶瓷基板间形成良好的熔合,在烧结后形成银的烧结层面即银箔。烧结后的银箔高出陶瓷基板15微米-20微米。
(3)叠加式回流焊:把锡膏均匀涂在陶瓷基板的银箔与铝板的镀锡层上,把陶瓷基板的银箔相对铝板的镀锡层叠加后,一起放入回流焊炉中,回流焊炉内温度为260度,回流焊10分钟后,陶瓷基板与铝板就紧密焊接在一起了。                  
进一步地,所述步骤(1)中,电镀槽中,每升电镀液中含有10-40克硫酸亚锡、73.6克硫酸H2S04、2.5克萘酚和5克明胶,电镀液温度为30℃,直流电压为18V,电流密度为2A/dm2。所述步骤(2)中,所述银浆按质量百分比计,包括65%银粉、2%粘结剂、3%的金属钯粉末和30%的玻璃粉末。所述粘结剂为二甲苯。
本发明的有益效果是:通过这种方式能使绝缘性能好但加工能力差的陶瓷基板与散热性能好,加工能力强但绝缘能力差的铝紧固结合在一起。利用陶瓷基板独特的高温性能、耐磨和耐腐蚀等性能作为电子元件的工作载体,克服了普通PCB板、铝基板无法与铝焊接的缺点,在电子、电力、军事等许多行业尤其是散热领域发挥较大作用。本发明与现有技术相比,工艺简单,加工方便,并且避免了陶瓷开裂等现象。
附图说明
图1是工艺流程示意图;
图2是叠加焊接示意图;
图2所示,图中包括:铝板1、镀锡层2、锡膏3、银箔4、陶瓷基板5。
具体实施方式
目前陶瓷与金属的焊接一般是钎焊与扩散焊两种。钎焊必须在陶瓷表面进行金属化,再用钎料进行钎焊。而进行陶瓷预金属化的方法工艺复杂,其应用受到了许多限制。而扩散焊要求在一定的温度和压力下,被连接表面相互靠近、相互接触,通过使局部发生瞬态液相而扩大被连接表面的物理接触,形成稳定的反应梯度层使两种材料结合在一起。这种方法需要较高的压力与温度,普通工艺无法制作。我们采用普通的陶瓷厚膜烧结方式,不需要高压也不需要陶瓷预金属化,工艺简单可行。厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层。制造这种膜层的材料,称为厚膜材料。
本发明采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法(铝包含铝合金),包括以下步骤:
1、铝板镀锡:应用煤油、汽油等有机溶剂粗除铝板或铝合金板上的油脂,再置于混合液中进行碱洗,进行化学除油,混合液由氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2C03)和水按照质量比2:1:7混合得到;其目的是除去油脂后能保证铝板(或铝合金板)电镀的质量,最后放入电镀槽中进行镀锡10分钟,电镀时,不需要电镀的地方可用胶带黏住,电镀槽中,每升电镀液中含有10-40克硫酸亚锡 SnS04、73.6克浓硫酸H2S04、2.5克萘酚和5克明胶,电镀液温度为30℃,直流电压为18V,电流密度为2A/dm2
2、陶瓷烧银:包括丝网印刷与陶瓷烧结两个步骤。
2.1、丝网印刷:考虑到散热及膨胀因素,本发明采用厚度为0.5mm的氧化铝陶瓷基板。其过程如下:先制造模版,在丝网上涂感光胶,然后把模版放在感光胶上,通过曝光机进行曝光,丝网上模板部分以外曝光,感光胶凝固,而模版部分不透光,模板部分遮住的感光胶由于不透光而没有凝固。用水冲洗,洗去未曝光部分,再采用银浆作为油墨,把丝网放置在陶瓷基板上进行印刷,把银浆料印在陶瓷基板上,由于丝网上模板遮住部分是透空的,所以银浆就印在陶瓷基板上相应位置,而其余部分因为有胶封住,银浆就没有印上。
2.2、陶瓷烧结:将印刷好的陶瓷基板在陶瓷烧结炉中烧结,使银浆与陶瓷基板间形成良好的熔合,在烧结后形成银的烧结层面即银箔。银浆印刷时其形状应与铝板镀锡层2形状一致,烧结后的银箔应高出陶瓷基板15微米-20微米。实施时采用的银浆,其主要成分为银与玻璃的混合物,银浆的主要成分为银,按质量百分比计,占65%,掺入2%粘结剂后能使其浆料具有合适的粘度,粘结剂为二甲苯等,为防止银氧化加入3%的金属钯粉末,其余30%为玻璃粉末。
为了防止铝板1与陶瓷基板5由于膨胀系数不同而造成开裂,在陶瓷基板制作的银箔4形状应与铝板1的镀锡层2形状一致,银箔4高出陶瓷面15微米-20微米,使焊接后的铝与陶瓷在各自膨胀中相互影响最小。在烧结过程中,陶瓷烧结炉的最高温度800度,升温速度应当缓慢,使有机粘合剂完全分解和挥发,固体粉料熔融,分解和化合,形成致密坚固的厚膜。为防止厚膜开裂,还应控制降温速度。所述铝与陶瓷由于膨胀系数不同而造成的陶瓷开裂现象,是由于各种金属的及非金属线性膨胀系数不同,几个常见物质线胀系数如下;膨胀系数(10-6/°C):铝 23.2,镀锡22,焊锡23.0,银19.5,氧化铝陶瓷7.85。我们采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法其结构排列大部分与这几种物质的膨胀系数是一致的,所以膨胀引起作用也较少。至于银与陶瓷基板,尽管膨胀系数相差较大,但银箔是颗粒状烧结在陶瓷板内,所以引起膨胀原因也很小。本发明在陶瓷烧结的银接触面应与其焊接的铝板形状相似,并应适当高出陶瓷基板15微米-20微米左右。并且以上叠加从上到下膨胀系数依次增加,而且其材料的体胀系数是与其长度及形状有关,而烧制时银箔与铝的镀锡层形状类似,使膨胀引起的原因减少到最低,有效地避免铝与陶瓷由于膨胀系数不同而造成的陶瓷开裂现象。
3、叠加式回流焊:如图2所示,回流焊时采用锡膏,按质量百分比计,其成分为95%的锡与5%的银,把锡膏3均匀涂在陶瓷基板的银箔4与铝板的镀锡层2上后,把陶瓷基板5的银箔4相对铝板1的镀锡层2叠加,放入回流焊炉中,控制炉内温度在260度左右,回流焊10分钟后,陶瓷基板5与铝板1就紧密焊接在一起了。
本发明不仅使铝与陶瓷紧密固定,还避免铝与陶瓷由于膨胀系数不同而造成的陶瓷开裂现象,很有实用意义。

Claims (4)

1.一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法,铝包括铝合金,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)铝板镀锡:应用有机溶剂粗除铝板上的油脂,然后置于混合液中碱洗,进行化学除油,混合液由氢氧化钠、碳酸钠和水按照质量比2:1:7混合得到;最后放入电镀槽中进行镀锡10分钟,得镀锡层;
(2)陶瓷烧银:包括丝网印刷与陶瓷烧结两个子步骤;
(2.1)丝网印刷:先制造与镀锡层形状一致的模版,在丝网上涂感光胶,然后把模版放在感光胶上,通过曝光机进行曝光,丝网上模板遮住部分以外曝光,感光胶凝固,而模版遮住部分不透光,模板遮住部分的感光胶由于不透光而没有凝固;用水冲洗,洗去未曝光部分,再采用银浆作为油墨,把丝网放置在陶瓷基板上进行印刷,把银浆印在陶瓷基板上,由于丝网上模板遮住部分是透空的,所以银浆就印在陶瓷基板上相应位置,而其余部分因为有胶封住,银浆就没有印上;
(2.2)陶瓷烧结:将印刷好的陶瓷基板在陶瓷烧结炉中烧结,使银浆与陶瓷基板间形成良好的熔合,在烧结后形成银的烧结层面即银箔;烧结后的银箔高出陶瓷基板15微米-20微米;
(3)叠加式回流焊:把锡膏均匀涂在陶瓷基板的银箔与铝板的镀锡层上,把陶瓷基板的银箔相对铝板的镀锡层叠加后,一起放入回流焊炉中,回流焊炉内温度为260度,回流焊10分钟后,陶瓷基板与铝板就紧密焊接在一起了。
2.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述步骤(1)中,电镀槽中,每升电镀液中含有10-40克硫酸亚锡、73.6克硫酸H2S04、2.5克萘酚和5克明胶,电镀液温度为30℃,直流电压为18V,电流密度为2A/dm2
3.根据权利要求1所述的焊接方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述银浆按质量百分比计,包括65%银粉、2%粘结剂、3%的金属钯粉末和30%的玻璃粉末。
4.根据权利要求3所述的焊接方法,其特征在于,所述粘结剂为二甲苯。
CN 201110242568 2011-08-23 2011-08-23 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法 Expired - Fee Related CN102303174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110242568 CN102303174B (zh) 2011-08-23 2011-08-23 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110242568 CN102303174B (zh) 2011-08-23 2011-08-23 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102303174A CN102303174A (zh) 2012-01-04
CN102303174B true CN102303174B (zh) 2012-12-26

Family

ID=45377142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110242568 Expired - Fee Related CN102303174B (zh) 2011-08-23 2011-08-23 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102303174B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103817390B (zh) * 2014-02-24 2016-01-20 贵州天义电器有限责任公司 一种用于接触器装配的钎焊连接工艺
US9287106B1 (en) 2014-11-10 2016-03-15 Corning Incorporated Translucent alumina filaments and tape cast methods for making
CN106552990B (zh) * 2016-09-13 2019-03-01 武汉理工大学 一种贴片电位器的内部微焊接方法
CN114682872A (zh) * 2022-05-18 2022-07-01 南京航空航天大学 一种激光热源辅助金属-陶瓷回流焊的精准控温装置和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950006066B1 (ko) * 1992-11-14 1995-06-08 만도기계주식회사 알루미늄 냉각판 접합방법
CN1159376A (zh) * 1997-03-12 1997-09-17 太原工业大学 陶瓷与金属的辉光钎焊方法
CN1396037A (zh) * 2002-08-09 2003-02-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 氮化铝与铜的高温钎焊方法
JP2006245437A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュールの製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02153868A (ja) * 1988-12-06 1990-06-13 Mitsubishi Alum Co Ltd セラミック板と金属板のろう付け方法
JPH05129770A (ja) * 1991-10-30 1993-05-25 Sumitomo Electric Ind Ltd ハンダ付け補助層

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950006066B1 (ko) * 1992-11-14 1995-06-08 만도기계주식회사 알루미늄 냉각판 접합방법
CN1159376A (zh) * 1997-03-12 1997-09-17 太原工业大学 陶瓷与金属的辉光钎焊方法
CN1396037A (zh) * 2002-08-09 2003-02-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 氮化铝与铜的高温钎焊方法
JP2006245437A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Hitachi Metals Ltd セラミックス回路基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュールの製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陶瓷与金属连接技术的研究进展;王新阳 等;《热加工工艺》;20090715;第38卷(第13期);145-148 *
陶瓷-金属焊接的方法与技术;钱耀川 等;《材料导报》;20051130;第19卷(第11期);98-100,104 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102303174A (zh) 2012-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110945974B (zh) 陶瓷电路基板及其制造方法
CN102303174B (zh) 一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法
CN102612269B (zh) 全印刷印制电路板
CN103167730B (zh) 厚铜电路板及其制造方法
CN108601206A (zh) 一种嵌氮化铝pcb基板及其制作方法
TW200803675A (en) Method and process for embedding conductive elements in a dielectric layer
CN107105577A (zh) 一种制备双面和多层印制电路的模板转移工艺
CN102858087A (zh) 盲孔导通双面线路板及加工方法
TW200425186A (en) Laminated type parts for electronics and manufacturing method thereof
JP2016025329A (ja) プリント配線板及びその製造方法
JP4254757B2 (ja) 導電材料及び導電性ペースト及び基板
CN102950831B (zh) 陶瓷、铝、多孔铜的复合材料
CN115410934A (zh) 一种微米In与纳米Cu@Ag核壳混合材料互连工艺
CN105407649A (zh) 一种填充金属线路的陶瓷pcb制造方法
CN115557798A (zh) 一种铜层与陶瓷基板结合牢固的AlN陶瓷覆铜基板及其制备方法
TW201117683A (en) A LED array board
CN105142353A (zh) 一种印刷线路板选择性化金工艺
CN202200603U (zh) 一种陶瓷、铝、多孔铜的复合材料
CN208001411U (zh) 多层印刷电路板
JP2006024808A (ja) 導電性組成物作製方法、層間接続方法、及び導電性膜または導電性画像作製方法
CN109890135A (zh) 一种金属化陶瓷通孔基板及其制备方法
CN102870210A (zh) 元件搭载用基板及其制造方法
CN202587595U (zh) 铜基导电油墨全印刷印制电路板
CN114190003A (zh) 一种厚膜再电镀陶瓷基板及其制备方法
CN1416182A (zh) 敷铜型陶瓷散热基片的制造工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: WANG LIANG

Free format text: FORMER OWNER: HE YONGXIANG

Effective date: 20130321

Owner name: HE YONGXIANG

Free format text: FORMER OWNER: ZHEN HAIWEI

Effective date: 20130321

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130321

Address after: Hangzhou City, Zhejiang province Xihu District 310023 North Building 10, unit 1, Jia Garden Room 201

Patentee after: He Yongxiang

Patentee after: Wang Liang

Address before: 310023, Zhejiang, Hangzhou, Xihu District, leaving the town, left 14 street, unit 401, room 3

Patentee before: Zhen Haiwei

Patentee before: He Yongxiang

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180307

Address after: 200120 Shanghai City, Pudong New Area China (Shanghai) free trade zone fanchun Road No. 400 Building 1 layer 3

Patentee after: SHANGHAI ZR-DATA TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: Hangzhou City, Zhejiang province Xihu District 310023 North Building 10, unit 1, Jia Garden Room 201

Co-patentee before: Wang Liang

Patentee before: He Yongxiang

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121226

Termination date: 20200823

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee