CN102861958A

CN102861958A - 真空钎焊方法

Info

Publication number: CN102861958A
Application number: CN2012103694886A
Authority: CN
Inventors: 贾建中; 刘国平; 李建荣; 王鸿林; 于春涛; 唐亚彬
Original assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Current assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102861958B

Abstract

根据本发明的真空钎焊方法包括：第一步骤：在板面上，以与板面沟槽等距的方式围绕板面沟槽布置钎焊溢流槽；第二步骤：在板面上安放钎料；第三步骤：对钎料进行加热以执行工件与板面的焊接。所述真空钎焊方法用于铝合金板面的真空钎焊。在所述第一步骤中，在板面上，沿着每个沟槽的两侧分别等间距地布置与该沟槽线路一样的第一钎焊溢流槽以及第二钎焊溢流槽。所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距离所述沟槽的距离相等。所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距板面上的沟槽距离为5～8mm。所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的宽度为6～8mm。所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的深度为0.3mm。

Description

真空钎焊方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，更具体地说，本发明涉及一种真空钎焊方法。

背景技术

钎焊是三大焊接方法（熔焊、压焊、钎焊）的一种。钎焊是采用比焊件（工件）金属熔点低的金属钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料、低于焊件熔化温度，利用液态钎料润湿焊件金属，填充接头间隙并与母材金属相互扩散实现连接焊件的一种方法。

真空钎焊技术是一种近无余量的加工制造技术，它可以连接各种复杂、精密的零部件，并使焊件质量和制造成本显著降低。因此，真空钎焊技术在各行业中得到了广泛的应用。

在真空钎焊技术中，母材狭缝是由钎焊接触面加工后的平面度决定的，所以钎焊前要保证钎焊接触面的形位公差。在钎焊过程中钎缝是沿着板面的沟槽边缘而形成的。也就是说要确保钎焊质量一定要控制好焊接面的平面度，但是这种大板面零件要确保批产精度的一致性，存在相当大的难度和风险，所以就要在钎缝形成的位置增加工艺溢流槽来保证钎焊的质量。

针对于采用搭接焊缝形式的铝合金大板面的真空钎焊，对于冷却所用的零件，其焊接面上的错综复杂沟槽为冷却用的流道，由于其结构特点焊接面布满错综复杂的沟槽，整个板面的钎焊接触面积分配并非均匀，当熔态的钎料在母材狭缝中作毛细流动并形成钎缝时，钎缝结构是不均匀的。特别是熔态钎料作较长距离流动时更是这样。当熔态钎料润湿母材时，母材就立刻开始迅速溶解，钎料的成分也会向母材纵深渗透，在钎料流动过程中，这种作用就依次沿流动的方向发展。最终会导致钎料向焊接面上的沟槽内汇聚，出现焊接积瘤，从而影响沟槽尺寸精度甚至堵塞沟槽。

目前对此上问题的解决方法无非只能从母材与钎料、钎剂的相互配备和钎焊温控速率等角度作相应工艺改进以略微提高产品的批产合格率。一方面为得到最优化配备就不得不要经过大量的生产试验和相关的理化分析，这就间接的提高的批产的生产成本；另一方面要想使钎焊温控速率最接近理想化程度，就不得不引进更为先进的钎焊生产设备，这就大大提高了生产成本，而且最终整体收益甚微。

而且，对母材与钎料（钎剂）进行优化搭配和调整钎焊温控速率的方法均不能从根本上提高批产产品的合格率，钎焊时钎料最好是在钎剂完全熔化后3～5s即开始熔化，这是最易赶上钎剂的活性高潮。这种时间间隔当然主要取决于钎剂以及钎料本身的熔化温度，也可以通过调整加热速度来进行一定的调节。快速加热将缩短钎剂和钎料熔化温度的时间间隔，缓慢加热则延长两者的时间间隔。倘若温升速率控制不够理想，钎料和钎剂的液相线温度比较接近的话，钎剂过早的熔化将使钎料熔化时赶不上钎剂的活性高潮。致使开始熔化的低熔部分随钎缝流走而产生溶析，残留下一个不熔的钎料瘤，会堵塞焊接板面上的沟槽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种提高大板面工件真空钎焊合格率的真空钎焊方法。

根据本发明，提供了一种真空钎焊方法，其包括：第一步骤：在板面上，以与板面沟槽等距的方式围绕板面沟槽布置钎焊溢流槽；第二步骤：在板面上安放钎料；第三步骤：对钎料进行加热以执行工件与板面的焊接。

优选地，所述真空钎焊方法用于铝合金板面的真空钎焊。

优选地，在板面上，沿着每个沟槽的两侧分别等间距地布置与该沟槽线路一样的第一钎焊溢流槽以及第二钎焊溢流槽。

优选地，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距离所述沟槽的距离相等。

优选地，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽以两端连接的方式围绕板面沟槽。

优选地，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距板面上的沟槽距离为5～8mm。

优选地，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的宽度为6～8mm。

优选地，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的深度为0.3mm。

优选地，所述真空钎焊方法还包括：在执行第三步骤之前清洗工件的步骤。

优选地，所述真空钎焊方法用于加工冷却所用的零件。

基于分析钎焊的钎缝形成机理，本发明根据焊接板面沟槽的分布，设计围绕板面沟槽的钎焊溢流槽，利用钎料熔态下的毛细作用原理使钎焊积瘤流入到设定的钎焊溢流槽中，这样使焊接板面沟槽不会发生堵塞现象，提高了产品批产合格率。并且优选地使得钎焊溢流槽使得等距围绕板面沟槽，严格控制钎焊溢流槽的尺寸大小，由此得到最佳的技术效果。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的真空钎焊方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明实施例的真空钎焊方法的示意图。

图3示意性地示出了根据本发明实施例的真空钎焊方法的另一示意图。

图4示意性地示出了根据本发明实施例的钎焊溢流槽的布置的具体示例。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

针对于大板面零件钎焊采取表面—表面钎缝形式，熔态钎料在钎缝中作直线流动，如果不考虑钎料与母材的本性和相互关系，也不考虑钎焊剂的功能，钎缝的毛细能力起着很大的作用。

钎缝的毛细能力与钎缝的类型和钎缝间隙的大小有关。一般来说,在一定范围内，间隙小的钎缝比间隙大的钎缝的直线流动性更好；但是，超出特定范围之后，钎缝间隙的大小也不是越小越好。钎缝间隙的最佳值在0.01～0.2mm之间，具体数值视母材的种类而定。较大的钎缝面（即，较大的搭接面积）会有更好的承载力。

铝钎焊的钎缝间隙影响钎焊工艺和钎缝的质量。间隙越窄，熔态钎剂钎料在钎缝中的毛细作用越强，但易夹渣。间隙太宽，钎料难于流布到尽头，钎缝的应力也不均匀。

由此，可以看出，钎缝间隙的大小直接关系到钎焊质量的好坏，然而零件钎焊接触板面的尺寸精度制约着钎缝间隙的大小。对于钎缝间隙的大小的选择，在保证钎焊板面精度的前提下，还要考虑到当熔化的钎料与母材的互溶度较大时，钎焊过程中将会发现有明显对母材的晶间渗入现象。对板状母材断面的渗入速度要比板状母材表面的速度快。目前一般所进行的零件钎焊接触面均为机加表面（这显然是由于板状轧制时表面应力和晶粒变形所引起的）。钎料作较长距离流动而形成的钎缝有自然的排渣作用，形成的钎缝比较致密，但由于钎缝间隙的制约，钎缝结构往往是不均匀的。

由此，基于上述分析，本发明实施例的真空钎焊方法根据钎料高温状态下毛细作用原理，通过在大板面钎焊工件上增加钎焊溢流槽的工艺措施，其中等距围绕板面沟槽的钎焊溢流槽，使得工件在钎焊过程中焊料均匀流动，由此保证了工件内部焊接质量，显著提高了批产成品率。

具体地说，图1示意性地示出了根据本发明实施例的真空钎焊方法的流程图；图2示意性地示出了根据本发明实施例的真空钎焊方法的示意图。所示的真空钎焊方法可有利地用于铝合金板面的真空钎焊。并且，例如，所述真空钎焊方法用于加工冷却所用的零件。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的真空钎焊方法包括：

第一步骤S1：在板面上，以与板面沟槽等距的方式围绕板面沟槽布置钎焊溢流槽；

第二步骤S2：在板面上安放钎料；

第三步骤S3：对钎料进行加热以执行工件与板面的焊接。

具体地说，其中，优选地，如图2所示，在板面上，沿着每个板面沟槽1的两侧分别等间距地布置与该沟槽线路一样的第一钎焊溢流槽11、以及第二钎焊溢流槽12；优选地，第一钎焊溢流槽11、以及第二钎焊溢流槽12距离沟槽1的距离相等。并且，优选地，如图3所示，第一钎焊溢流槽11以及第二钎焊溢流槽12以两端连接的方式围绕板面沟槽1。

针对具体应用，图4示意性地示出了根据本发明实施例的钎焊溢流槽的布置的具体示例。如图4所示，在面板10上，布置了板面沟槽1，而在板面沟槽1周围布置了钎焊溢流槽2。

其中，优选地，钎焊溢流槽（第一钎焊溢流槽11、以及第二钎焊溢流槽12）距板面沟槽距离为5～8mm；优选地，钎焊溢流槽（第一钎焊溢流槽11、以及第二钎焊溢流槽12）的宽度为6～8mm；优选地，钎焊溢流槽（第一钎焊溢流槽11、以及第二钎焊溢流槽12）的深度为0.3mm；此时，钎焊效果最佳，成品合格率最高。

在本发明实施例的具体示例中，首先制订工艺试验方案从两种不同的工艺角度对大板面钎焊零件进行试验，分别从钎焊溢流槽与板面沟槽的距离、钎焊溢流槽的宽度及钎焊溢流槽的深度等角度出发进行大量试验验证，并进行了批产试制。

具体试验过程如下：首先，被钎焊的工件必须仔细除去表面的各种污物、过厚的氧化膜和加工带来的油垢，否则不能获得良好的焊缝。钎焊前可用磷酸三钠的碱性水溶液加少许洗洁剂（例如，烷基苯磺酸钠类的表面活性剂）对工件进行刷洗，随后用清水冲净。

油污除尽以后，利用微欧姆表计测工件的表面电阻，由此根据表面电阻值来判断表面氧化膜的厚度是否适于直接钎焊。

然后，采用浓度为5%左右的氢氧化钠溶液清洗工件，清洗时，氢氧化钠溶液的温度保持60℃左右，碱洗时间控制在10～15S以内，碱洗后用室温下稀的硝酸或铬酸来冲洗工件，最后用清水冲净。

由于工件是大面积搭接钎焊，在间隙中加入Al-Si系钎焊料箔（厚度为0.14mm），其中，在安放钎料前仔细考虑好工件上熔化钎料的行走路线，优选地布置多点安放钎料小段，这样可以一次完成长而复杂交错的多个钎缝。在工件进炉之前要安放特殊固定夹具并以专用螺钉栓牢，加以适当的配重块，保证工件整体姿态平整完好。并严格按照《真空钎焊作业指导书》的相关要求设置各参数进行钎焊。

依照以上具体实施方案，采用如下试验参数，从而得到相应的试验结果：

1.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为4至9mm，钎焊溢流槽宽度为3至9mm，其深度为0.2mm；得到试验结果：批产合格率介于70%至74%（以百件计）之间；

2.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为4至9mm，钎焊溢流槽宽度为3至9mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率介于70%至95%（以百件计）之间；

3.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为4至9mm，钎焊溢流槽宽度为3至9mm，其深度为0.4mm；得到试验结果：批产合格率介于70%至75%（以百件计）之间；

4.采用试验参数：钎焊溢流槽距板面沟槽距离为4至9mm，钎焊溢流槽宽度为3至9mm，其深度为0.5mm；得到试验结果：批产合格率介于70%至81%（以百件计）之间；

5.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为4mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为75%（以百件计）；

6.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为5mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为92%（以百件计）；

7.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为6mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为94%（以百件计）；

8.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为7mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为94%（以百件计）；

9.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为8mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为93%（以百件计）；

10.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为9mm至11mm，钎焊溢流槽宽度为7mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率介于81%至75%（以百件计）之间；

11.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为7mm，钎焊溢流槽宽度为3-5mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率介于71%至80%（以百件计）之间；

12.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为7mm，钎焊溢流槽宽度为6mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为93%（以百件计）；

13.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为7mm，钎焊溢流槽宽度为8mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为94%（以百件计）；

14.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为7mm，钎焊溢流槽宽度为9-11mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率介于71%至81%（以百件计）之间。

15.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为6mm，钎焊溢流槽宽度为5mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为90%（以百件计）；

16.采用试验参数：设置钎焊溢流槽距板面沟槽距离为6mm，钎焊溢流槽宽度为6mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为93%（以百件计）；

17.采用试验参数：钎焊溢流槽距板面沟槽距离为6mm，钎焊溢流槽宽度为8mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为94%（以百件计）；

18.采用试验参数：钎焊溢流槽距板面沟槽距离为8mm，钎焊溢流槽宽度为6mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为94%（以百件计）；

19.采用试验参数：钎焊溢流槽距板面沟槽距离为8mm，钎焊溢流槽宽度为8mm，其深度为0.3mm；得到试验结果：批产合格率为95%（以百件计）。

根据上述试验结果及其分析可知：钎焊溢流槽距板面沟槽距离为5～8mm，钎焊溢流槽宽度为6～8mm，其深度为0.3mm时，钎焊效果最佳，成品合格率最高。

基于分析钎焊的钎缝形成机理，本发明实施例根据焊接板面沟槽的分布，设计围绕板面沟槽的钎焊溢流槽，利用钎料熔态下的毛细作用原理使钎焊积瘤流入到设定的钎焊溢流槽中，这样使焊接板面沟槽不会发生堵塞现象，提高了产品批产合格率。并且优选地使得钎焊溢流槽使得等距围绕板面沟槽，严格控制钎焊溢流槽的尺寸大小，由此得到最佳的技术效果。

由此，本发明实施例的真空钎焊方法通过采用在大板面零件钎焊接触面上增加工艺钎焊溢流槽的工艺方法，并制订了统一的工艺原则和工艺方案，很好地解决了此类零件在钎焊过程中，焊料均匀流动、焊缝形成的技术难题。通过采用根据本发明实施例的真空钎焊方法，焊接完成后，零件内部结构焊接质量良好，钎料流动聚集和不均匀的现象得到了明显控制，批产成品率达到95%以上。

此外，需要说明的是，说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种真空钎焊方法，其特征在于包括：

第一步骤：在板面上，以与板面沟槽等距的方式围绕板面沟槽布置钎焊溢流槽；

第二步骤：在板面上安放钎料；

第三步骤：对钎料进行加热以执行工件与板面的焊接。

2.根据权利要求1所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述真空钎焊方法用于铝合金板面的真空钎焊。

3.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，在所述第一步骤中，在板面上，沿着每个沟槽的两侧分别等间距地布置与该沟槽线路一样的第一钎焊溢流槽以及第二钎焊溢流槽。

4.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距离所述沟槽的距离相等。

5.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽以两端连接的方式围绕板面沟槽。

6.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽距板面上的沟槽距离为5～8mm。

7.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的深度为0.3mm。

8.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述第一钎焊溢流槽以及所述第二钎焊溢流槽的宽度为6～8mm。

9.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于还包括：在执行第三步骤之前清洗工件的步骤。

10.根据权利要求1或2所述的真空钎焊方法，其特征在于，所述真空钎焊方法用于加工冷却所用的零件。