CN103056470B - 温差电材料焊接前的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温差电材料焊接前的处理方法，其特点是：步骤包括：1、温差电材料片碱洗和酸洗；2、温差电材料片粗化；3、化学镀镍；4、浸焊料。本发明采用化学镀镍的溶液中加入次亚磷酸钠，保持温度为85-95℃，温差电材料片表面形成厚度一致、结合力强、可焊性优异的P-Ni合金镍层作为过渡层，该温差电材料片制成温差电元件焊接成的温差电致冷组件在-55-+115℃温度环境中工作时温差电元件不脱落，并且耐空间辐照300Krad（Si），失效率200fit，上述工作环境中温差电致冷组件的使用寿命可达15年，能够广泛应用于可靠性高和寿命长的用电设备中。
Description
技术领域
本发明属于温差电致冷组件制造技术领域，特别是涉及一种温差电材料焊接前的处理方法。
背景技术
目前，制作温差电致冷组件用的温差电材料片表面处理过程大多为：对切割成的温差电材料片进行清洗、通用成熟的工艺技术对清洗后的温差电材料片进行浸锡，最后通过成熟的工艺技术对浸锡后的温差电材料片焊上最高熔点温度≤138℃的BiSn焊料，最后制成温差电致冷组件。
随着温差电致冷组件的应用范围不断扩大，应用的环境更加复杂，温差电致冷组件的工作环境温度≥100℃时，由于温差电材料片上BiSn焊料的低温性，在制成的温差电致冷组件中容易造成温差电元件的脱落，降低了温差电致冷组件的可靠性和寿命，因此采用常规通用的低温焊料制备的温差电致冷组件无法难以得到广泛的应用，限制了温差电致冷组件的应用范围。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种保证温差电致冷组件中的温差电元件焊接牢固、一致性好，温差电致冷组件在高温和恶劣环境中工作时温差电元件不脱落，提高温差电致冷组件的可靠性和寿命、扩大温差电致冷组件应用范围的温差电材料焊接前的处理方法。
本发明采用的技术方案是：
温差电材料焊接前的处理方法，其特点是：包括以下制备步骤：
步骤1、温差电材料片碱洗和酸洗：
⑴高温碱洗
称取50-75g氢氧化钠，放入1000ml去离子水，制成氢氧化钠水溶液，将氢氧化钠水溶液加温至80℃，对温差电材料片进行15-20min碱洗；
⑵超声清洗
用去离子水将碱洗后的温差电材料片进行超声清洗1-3min，得到除油后的温差电材料片；
⑶酸洗
将除油后的温差电材料片放入5-10%的稀盐酸溶液中进行1-3min酸洗，取出后得到表面去除氧化层的温差电材料片；
⑷超声清洗
将表面去除氧化层的温差电材料片放在去离子水中超声清洗3-5min，去除温差电材料片表面的残存盐酸，最后用去离子水冲洗，得到表面处理的温差电材料片。
步骤2、温差电材料片粗化：
⑴配制粗化液
将体积比为2：1的浓度35-37%盐酸和浓度65-70%硝酸硝酸混合，作为粗化液，存放72h以上；
⑵水封
温差电材料片浸于粗化液中6-8s，取出后浸入去离子水中超声清洗10min以上，除去温差电材料片表面污物，用去离子水冲洗、干燥后，浸入去离子水中4h以内进行水封；
步骤3、化学镀镍：
⑴配制镀镍溶液
配制每升含量为硫酸镍25-35g、乙酸钠15-25g、次亚磷酸钠25-35g、柠檬酸5-10g的镀镍溶液，温度加热至85-95℃，保持温度2h以上；
⑵镀镍
将水封中的温差电材料片取出后置入镀镍溶液中进行30-40min的化学镀镍，化学镀镍后用去离子水冲洗掉温差电材料片表面的溶液，温差电材料片表面镀有一层1.5-4.5微米含镍过渡层；
步骤4、浸焊料
将镀有过渡层的温差电材料片蘸取5-10%的稀盐酸焊剂后，进入240-270℃的焊料中5-10s，用去离子水冲洗，温差电材料片焊上一层0.01-0.05mm厚的焊料，完成温差电材料片焊接前的处理过程。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述焊料为PbSnAA焊料。
所述温差电材料片为N型温差电材料片和P型温差电材料片。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明采用化学镀镍的溶液中加入次亚磷酸钠，保持温度为85-95℃，温差电材料片表面形成厚度一致、结合力强、可焊性优异的P-Ni合金镍层作为过渡层，该温差电材料片制成温差电元件焊接成的温差电致冷组件在-55-+115℃温度环境中工作时温差电元件不脱落，并且耐空间辐照300Krad（Si），失效率200fit，上述工作环境中温差电致冷组件的使用寿命可达15年，能够广泛应用于可靠性高和寿命长的用电设备中。
2、本发明通过高温碱洗、酸洗去除温差电材料片表面的氧化层，彻底除掉了温差电材料片表面的油污和氧化层，保证了温差电材料片良好的引镀能力；采用去离子水进行4h以内的水封，有效防止温差电材料片的防止表面再氧化。
3、本发明由于采用浸焊料工艺技术，为保证焊接一致性起到了关键作用。
4.本发明由于采用了热浸的方式在温差电材料片表面挂一层熔点为183℃的PbSnAA焊料，该焊料具有良好的浸润性和物理化学稳定性，以及良好的机械强度，确保温差电致冷组件焊接时的物理稳定性和机械强度。
附图说明
图1是本发明处理技术路线示意图；
图2是本发明处理后的温差电材料片结构示意图。
图中，8-焊料层，9-过渡层，3-温差电材料片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参照附图1，采用线切割机将N型温差电材料和P型温差电材料切割成公差为±0.015mm的所需厚度温差电材料片10，然后对温差电材料片分别进行表面处理、粗化、化学镀镍以及浸焊料，具体步骤如下：
步骤1、表面处理：
⑴高温碱洗
称取60g氢氧化钠，放入1000ml去离子水，制成氢氧化钠水溶液，将氢氧化钠水溶液加温至80℃，对温差电材料片进行20min碱洗；
⑵超声清洗
用去离子水将碱洗后的温差电材料片进行超声清洗2min，得到除油后的温差电材料片；
⑶酸洗
将除油后的温差电材料片放入8%的稀盐酸溶液中进行2min酸洗，取出后得到表面去除氧化层的温差电材料片；
⑷超声清洗
将表面去除氧化层的温差电材料片放在去离子水中超声清洗4min，去除温差电材料片表面的残存盐酸，最后用去离子水冲洗，得到表面处理的温差电材料片。
步骤2、粗化：
⑴配制粗化液
将体积比2：1的浓度35-37%盐酸和浓度69%硝酸搅拌均匀，作为粗化液，存放75h；
⑵水封
将温差电材料片浸入粗化液7s进行表面粗化，取出后浸入去离子水中超声冲洗12min，将超声后的去离子水放掉，再进行二次超声清洗2min，温差电材料片浸入无水乙醇15s，取出自然干燥后得到适于表面镀镍的温差电材料片，将温差电材料片浸在去离子水中进行3h水封，防止温差电材料片氧化；
步骤3、化学镀镍：
⑴配制镀镍溶液
将硫酸镍30±1g、乙酸钠20±1g、次亚磷酸钠30±1g、柠檬酸8±1g和水配制成镀镍溶液1升，加热至温度90℃，保持温度3h；
⑵化学镀镍
将水封3h的温差电材料片取出后置入镀镍溶液中进行35min的化学镀镍，取出温差电材料片，用去离子水冲洗掉温差电材料片表面的溶液，温差电材料片表面镀有一层3微米的P-Ni合金层的镀镍层作为过渡层9；
步骤4、浸焊料
将镀有过渡层的温差电材料片浸入8%的稀盐酸焊剂后，用镊子夹住镀镍后的温差电材料片的圆周面，与水平面呈70-80°夹角，进入240-270℃的PbSnAA焊料中，保证焊料处于熔融态，将温差电材料片在焊料中沿平行于温差电材料片的方向抖动5-10s，温差电材料片从PbSnAA焊料中以7-14mm/s的速度垂直提出，然后用去离子水冲洗温差电材料片，温差电材料片焊上一层厚度为0.01-0.05mm的PbSnAA焊料层8，完成温差电材料片焊接前的处理过程。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.温差电材料焊接前的处理方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤1、温差电材料片碱洗和酸洗：
⑴高温碱洗
称取50-75g氢氧化钠，放入1000ml去离子水，制成氢氧化钠水溶液，将氢氧化钠水溶液加温至80℃，对温差电材料片进行15-20min碱洗；
⑵超声清洗
用去离子水将碱洗后的温差电材料片进行超声清洗1-3min，得到除油后的温差电材料片；
⑶酸洗
将除油后的温差电材料片放入5-10%的稀盐酸溶液中进行1-3min酸洗，取出后得到表面去除氧化层的温差电材料片；
⑷超声清洗
将表面去除氧化层的温差电材料片放在去离子水中超声清洗3-5min，去除温差电材料片表面的残存盐酸，最后用去离子水冲洗，得到表面处理的温差电材料片；
步骤2、温差电材料片粗化：
⑴配制粗化液
将体积比为2：1的浓度35-37%盐酸和浓度65-70%硝酸混合，作为粗化液，存放72h以上；
⑵水封
温差电材料片浸于粗化液中6-8s，取出后浸入去离子水中超声清洗10min以上，除去温差电材料片表面污物，用去离子水冲洗、干燥后，浸入去离子水中4h以内进行水封；
步骤3、化学镀镍：
⑴配制镀镍溶液
配制每升含量为硫酸镍25-35g、乙酸钠15-25g、次亚磷酸钠25-35g、柠檬酸5-10g的镀镍溶液，温度加热至85-95℃，保持温度2h以上；
⑵镀镍
将水封中的温差电材料片取出后置入镀镍溶液中进行30-40min的化学镀镍，化学镀镍后用去离子水冲洗掉温差电材料片表面的溶液，温差电材料片表面镀有一层1.5-4.5微米含镍过渡层；
步骤4、浸焊料
将镀有过渡层的温差电材料片蘸取5-10%的稀盐酸焊剂后， 浸入240-270℃的焊料中5-10s，用去离子水冲洗，温差电材料片焊上一层0.01-0.05mm厚的焊料，完成温差电材料片焊接前的处理过程。
2.根据权利要求1所述温差电材料焊接前的处理方法，其特征在于：所述焊料为PbSnAA焊料。
3.根据权利要求1所述温差电材料焊接前的处理方法，其特征在于：所述温差电材料片为N型温差电材料片和P型温差电材料片。
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