CN108218463A - 一种AlN陶瓷与无氧铜封接的方法 - Google Patents
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Abstract
一种AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，属于金属与陶瓷封接领域。工艺步骤如下：步骤1：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用；步骤2：将经清洗的AlN陶瓷在一定温度的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层；步骤3：采用活化Mo‑Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化；步骤4：在金属化层表面镀一定厚度的镍层；步骤5：在一定的热处理条件下，对镀镍层进行渗镍处理；步骤6：采用AgCu28焊料对镀镍层与无氧铜进行钎焊。本发明广泛应用于高功率光纤激光器封接产品。优点在于产品的气密性好、绝缘电阻高、结合强度高、陶瓷不开裂且工艺的可操作性强，能更好的控制生产过程，降低生产成本，提高生产效率，产品成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及金属与陶瓷封接技术领域，尤其涉及一种AlN陶瓷与无氧铜封接的方法。
背景技术
光纤激光器是采用光纤作为激光介质的激光器，因具有更好的光束质量，更小的聚焦光斑，被广泛应用于材料加工、激光雕刻和医疗器械精密切割等领域。国内厂家对激光器件的封接主要采用金属与玻璃封接工艺，但随着光纤激光器高功率化，为稳定获得高功率输出，目前在用的金属与玻璃封接技术已完全不能胜任要求，必须采用可靠性和一致性更佳的金属与陶瓷封接技术。
相对玻璃，AlN陶瓷具有介电常数及介电损耗低，热导率高且稳定性好的特点，因此在高功率光纤激光器的应用更具优势。目前，国内陶瓷封接厂家在用的AlN金属与陶瓷封接技术主要有粘合剂粘接、激光焊接和烧结金属粉末法等六种方法，但这些方法存在使用温度过低、界面结合强度低或产品残余应力过高等问题，很难满足在高功率光纤激光器的应用。据文献报道，有的厂家采用AgCuTi活性钎料直接实现AlN与无氧铜的封接，还有的厂家首先对AlN陶瓷金属化，然后再采用AgCu焊料实现与无氧铜的结合，但这样的封接方法易出现结合强度差且漏气等问题，导致产品可靠性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服目前金属与陶瓷封接质量差、不适合大规模生产、质量不稳定的缺陷，提供一种面向高功率光纤激光器封接用质量好、适合大规模生产、质量稳定的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其包括如下步骤：
步骤1：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用；
步骤2：将经清洗的AlN陶瓷在一定温度的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层；
步骤3：采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化；
步骤4：在金属化层表面镀一定厚度的镍层；
步骤5：在一定的热处理条件下，对镀镍层进行渗镍处理；
步骤6：采用AgCu28焊料对镀镍层与无氧铜进行钎焊。
其中，步骤2中，氧化温度的范围为1200℃～1400℃。
其中，步骤3中，陶瓷表面金属化层的厚度在30μm～50μm。
其中，步骤4中，镀镍的方法可以是化学镀镍，也可以是电镀镍。
其中，步骤4中，镀镍层的厚度在1μm～3μm。
其中，步骤5中，热处理气氛为高纯氩气保护。
其中，步骤5中，热处理温度为300℃～500℃。
其中，步骤5中，热处理时间为1h～2h。
本发明不是采用简单的AlN陶瓷与无氧铜的钎焊，而且通过“AlN陶瓷基体氧化→金属化→在金属化层表面镀镍→渗镍→镀镍层与无氧铜钎焊”的工艺方法，虽然工艺复杂，但从源头上解决封接产品的可靠性问题，而且适用于大规模生产，可广泛应用于高功率光纤激光器用陶瓷与金属的封接领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，实现了AlN陶瓷与无氧铜的结合，可用于高功率光纤激光器用陶瓷与金属的封接，封接件的气密性更好、结合强度更高、绝缘性能好且产品的一致性和可靠性更好，产品成品率较高。
具体实施方式
本发明的实施例1-6，各种参数如表1所示。
表1 不同实施例中的参数
本发明主要针对工艺参数做了调整，以实施例1～6予以说明。
实施例1：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1200℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为40μm。采用化学镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为1μm。在300℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温1h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。
实施例2：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1200℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为50μm。采用化学镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为2μm。在500℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温2h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。
实施例3：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1300℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为50μm。采用化学镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为3μm。在400℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温1h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。这样得到的封接产品不但外表美观，气密性较好、绝缘电阻好、引线抗拉强度高、且产品质量一致性较好。
实施例4：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1300℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为30μm。采用电镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为1μm。在400℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温2h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。
实施例5：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1400℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为40μm。采用电镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为2μm。在500℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温1h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。
实施例6：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用。将经清洗的AlN陶瓷在1400℃的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层。采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化，金属化层厚度为30μm。采用化学镀镍的方法，在金属化层表面镀一定厚度的镍层，镍层厚度为3μm。在300℃的高纯氩气保护下，对镀镍层保温2h，进行渗镍处理。最后对经过渗镍处理的陶瓷，采用AgCu28焊料与无氧铜进行钎焊。
Claims (8)
1.一种AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤1：将AlN陶瓷先后在丙酮和酒精中清洗，然后烘干待用；
步骤2：将经清洗的AlN陶瓷在一定温度的空气气氛中氧化1小时，在其表面生成结构均匀且附着牢固的Al2O3层；
步骤3：采用活化Mo-Mn法对氧化后的AlN陶瓷表面金属化；
步骤4：在金属化层表面镀一定厚度的镍层；
步骤5：在一定的热处理条件下，对镀镍层进行渗镍处理；
步骤6：采用AgCu28焊料对镀镍层与无氧铜进行钎焊。
2.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤2中，氧化温度的范围为1200℃～1400℃。
3.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤3中，陶瓷表面金属化层的厚度在30μm～50μm。
4.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤4中，镀镍的方法可以是化学镀镍，也可以是电镀镍。
5.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤4中，镀镍层的厚度在1μm～3μm。
6.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤5中，热处理气氛为高纯氩气保护。
7.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤5中，热处理温度为300℃～500℃。
8.根据权利要求1所述的AlN陶瓷与无氧铜封接的方法，其特征在于，步骤5中，热处理时间为1h～2h。
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