CN102814568B - 一种浇注式焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接方法，充分考虑了由于焊接面面型加工等原因导致的焊接面结合不严的情况，采用浇注焊料的方式进行焊接，在挤压焊料的过程中，要求形成焊接层在焊缝中充盈，不但有效排除气泡存在的可能，且结合面贴合效果好，避免了焊接失效的问题，也使得焊接结构的温度梯度变化匀化，尤其适用于要求均匀散热的场合，对于热源介质两侧冷却面均需焊接冷却件的情况，采用本发明的方法可使两层焊接层不但焊接层在焊缝中充盈，而且有效排除焊接层中的气泡等，能够保证热源介质的两侧均匀散热，符合工艺要求条件。

Description

一种浇注式焊接方法

技术领域

本发明涉及微电子及激光领域，特别是涉及一种浇注式焊接方法。

背景技术

在固体激光器设计中，为了提高激光器的输出，首要解决的问题是提高激光工作物质的散热能力，较好的选择是增大工作物质的散热面积，因此随着激光器技术的发展，激光工作物质更多的被设计成板条状、薄片状或光纤等。在板条和薄片激光器中，虽然工作物质的散热面积得到增大，但如何将工作物质的热量尽快带走成为了新的问题，目前采用的散热结构有以水直接冷却或通过焊接热沉进行接触冷却等。比较而言，焊接冷却热沉是板条和薄片激光器设计的较佳选择。但是，板条和薄片激光器的热沉焊接面积较大，由于焊接面积过大，焊接热沉的过程中有诸多复杂因素影响，如金属热沉的冷却面加工等因素，导致工作物质与热沉之间的散热不均匀，特别在大功率激光输出情况下，这将严重影响激光器的性能。目前在电子行业中，无铅焊料的研究取得了很大进展，其中铟-金体系具有焊接温度低，焊接产物熔点高，反应速度快等优点，但是，当遇到焊接面积过大的情况时，很难实现加工的金属热沉的焊接面面型和晶体面型一致，导致焊接面结合不严，扣合时产生气泡，且焊接面积越大，产生气泡的几率越高，导致焊接失效。

发明内容

本发明提供了一种浇注式焊接方法，用以解决现有技术中由于焊接面面型结合不严导致焊接失效的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种浇注式焊接方法，包括：在真空环境中，对第一焊接件、第二焊接件和焊料进行加热，当三者的温度达到预定温度时，维持该预定温度一预定时间，之后单独加热焊料使其成为液相；其中，第一焊接件和第二焊接件的焊接面相对且留有空隙，第一焊接件和第二焊接件的焊接面上覆镀有焊接膜；将焊料注入所述空隙，注入的焊料与焊接膜充分结合形成焊接层，移动第一焊接件和第二焊接件以挤出多余焊料，其中，在挤压过程中第一焊接件的焊接面平行于第二焊接件的焊接面；对第一焊接件、第二焊接件和焊料进行冷却，完成焊接。

本发明有益效果如下：

本发明的焊接方法采用浇注焊料的方式进行焊接，排除了气泡的存在，解决了由于焊接面面型在加工等因素下造成焊接失效问题，在挤压焊料的过程中，要求形成焊接层充盈，使得焊接结构的温度梯度匀化，尤其适用于要求均匀散热的热源，对于热源两侧冷却面均需焊接冷却件的情况，采用本发明的方法可使得热源与热沉之间的两层焊接层填充充盈，能够保证中间热源的两侧均匀散热，符合工艺要求条件。

附图说明

图1是本发明实施例中焊接流程示意图。

图2是本发明实施例中金属化处理示意图。

图3是本发明实施例中焊接布置方案示意图。

具体实施方式

本发明要解决的技术问题是提供一种浇注式焊接方法，用以解决现有技术中由于焊接面面型加工等因素导致的焊接失效问题，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明提供了一种浇注式焊接方法，图1为焊接流程的示意图，包括如下步骤：

步骤S101，首先，在真空炉中，对两个焊接件和焊料加热，其中两焊接件的焊接面上覆镀有焊接膜，当温度达到预定温度后单独对焊料加热至其成为液相。

步骤S102，然后，将焊料注入两焊接件之间的空隙，注入的焊料与焊接膜充分结合形成焊接层，并移动焊接件以挤出多余焊料，且在挤压过程中保持两个焊接件的焊接面始终平行，以降低焊接层的不规则程度，使焊接层整体厚度均匀。

步骤S103，最后，冷却焊接件完成焊接。

上述焊接过程全程在真空环境中实施，可防止空气中氧气氧化等因素影响焊接效果。由于采用了将熔融的焊料浇注入焊件之间并进行挤压的手段，能够消除由于焊件面型加工因素造成的焊件接合面不严存有气泡的问题，且焊接层整体厚度均匀，焊接效果好。

在上述实施例中，可在加热到预定温度后维持这个温度一段时间再进行单独加热焊料的步骤，这样处理可使焊件的温度保持均匀，注入的焊料与焊接膜充分反应，如果不执行恒温措施环节，在温差过大时将导致焊料遇冷凝固，影响后续的挤压步骤。此外，冷却时可先将焊接件迅速冷却至预定温度，再以自然冷却降至室温，这里“迅速”的含义是比自然冷却的速度快，该冷却方式可消除热应力。

在本发明实施例中，以低熔点金属铟为焊料，为了防止焊料与焊接件基质材料直接反应形成脆质金属相，可对两个焊接面进行金属化处理，在焊接面上先电镀钛-镍层，然后再镀金层，金层为焊接膜，焊接时金与铟结合形成铟-金相的焊接层。此外也可以锡为焊料。

在本发明实施例中，两焊接件分别为热沉和激光增益介质，其中，热沉为紫铜水冷结构，其冷却面（即与增益介质结合的焊接面）经高精度平面加工，然后经金属化处理，即：依次镀有钛-镍层和金层。激光增益介质为Nd:YAG，也可以为Nd:YVO₄（掺钕钒酸钇）、YAG（铝石榴石的简称，化学式为Y₃Al₅O₁₂）、陶瓷等，增益介质的冷却面（即与热沉结合的焊接面）上镀有光学介质膜，然后经金属化处理。对增益介质的金属化处理为用物理气相沉积法依次覆镀钛-镍-金，也可以是钛-铂-金等，如图2所示，其中增益介质101两侧的冷却面上依次镀有钛-镍-金。

在本发明实施例中，在固体激光器的激光增益介质两侧焊接热沉，此时热沉有两块，位于增益介质两侧，按照图3所示的位置放置，在真空炉200中，两个热沉202之间为增益介质203，且增益介质203与两侧热沉202保有一定间隔，形成两个空隙204，焊料容器201位于上方，开口朝向两个热沉202之间，支架207用于放置热沉202和增益介质203。从整体来看，增益介质203两侧的结构设置是互相对称的，热沉和增益介质放好后，用耐高温胶带将焊缝封好，仅留上端注入焊料使用，防止焊料漏掉，图3中仅标出右侧结构的附图标记，省略了左侧的附图标记。

焊接过程中，焊料铟受热转为液相，打开焊料容器201的开关，焊料落入两个空隙204中，铟和热沉冷却面上的金层充分结合，没过增益介质203后关掉焊料容器201的开关。然后，沿箭头205方向挤压热沉202，空隙204变窄，排除了可能形成的气泡，形成铟-金相焊接层。

挤压热沉时，为了保证焊接层厚度均匀，应使热沉202只在水平方向移动，不出现倾斜或扭转，并且，为了使增益介质203在两侧均匀散热，施力时使两热沉202的相向移动速度相等，且增益介质203可以左右平移，由此形成的增益介质203两侧的受力相等，这样两侧的焊接层厚度也会相当，热传递的梯度相当，保证了增益介质203在两侧散热均匀。

此外，在两块热沉202上均开设导流槽206，导流槽206在两块热沉202上设置的位置应以增益介质203上端平齐，挤压热沉时多余的焊料可沿导流槽206排出，一方面有利于使焊接层厚度均匀，另一方面也有利于焊件的清洁处理。

采用本发明的焊接方法实施焊接，由于在达到预定温度后进行保温，使其各部分温度均匀，在焊料铟下落后不会出现局部温度变化剧烈的情况，两侧外力平稳地挤压热沉，不仅能够排除气泡，还能使两侧铟-金焊接层厚度均匀且相当，后期冷却降温采用自然冷却，消除了热沉内部的热应力，热量在其内部传导时各方向传导均匀，最大程度的保证增益介质实现均匀散热，满足工艺要求，尤其适合激光器增益介质散热使用。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种浇注式焊接方法，其特征在于，包括：

在真空环境中，对第一焊接件、第二焊接件和焊料进行加热，当三者的温度达到预定温度后，维持该预定温度一预定时间后再单独加热焊料使其成为液相；其中，第一焊接件和第二焊接件的焊接面之间留有空隙，第一焊接件和第二焊接件的焊接面上覆镀有焊接膜；

将焊料注入所述空隙，注入的焊料与焊接膜充分结合形成焊接层，移动第一焊接件和第二焊接件以挤出多余焊料；

对第一焊接件、第二焊接件和焊料进行冷却，完成焊接。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，冷却时，先迅速冷却至所述预定温度，再自然冷却至室温。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，在挤压焊料时，第一焊接件的焊接面平行于第二焊接件的焊接面。

4.如权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，在第一焊接件和第二焊接件之间设置第三焊接件，加热第一焊接件和第二焊接件时一同加热第三焊接件，其中，第一焊接件和第二焊接件的焊接面分别与第三焊接件两侧的焊接面相对且留有空隙，第三焊接件两侧的焊接面均覆镀有焊接膜。

5.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，第一焊接件和第二焊接件为热沉，在热沉的焊接面上先镀金属化层，再镀焊接膜。

6.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，第三焊接件为激光增益介质，在激光增益介质两侧的焊接面上先镀金属化层，再镀焊接膜。

7.如权利要求5或6所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料为铟或锡，所述焊接膜的材料为金，所述金属化层材料为钛-钯或钛-镍。

8.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，第三焊接件两侧的空隙的宽度相同，在挤压焊料时，第一焊接件和第二焊接件的移动速度相同。

9.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，在第一焊接件和第二焊接件分别设置导流槽，第一焊接件和第二焊接件的导流槽位置以第三焊接件为对称中心。