CN110773859A - 金属材料焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种金属材料焊接方法，包括以下步骤：S100：对需要焊接的金属块的焊接面加工出蜂窝状微坑；S200：在所述金属块的焊接面涂敷液态金属膏，并使所述液态金属膏填充满所述蜂窝状微坑；S300：贴合需要连接的两块所述金属块的焊接面，并对两块所述金属块的焊接面以及焊接面上涂敷的所述液态金属膏进行加热；S400：对贴合后的两块所述金属块进行加压以挤压两块所述金属块的焊接面，并在加压过程中的对两块所述金属块进行冷却。本发明的金属材料焊接方法，可以实现将两块金属块焊接于一起，整个过程可以实现低温焊接，并能够有效保证焊接后的金属块之间的导热性能。

Description

金属材料焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种金属材料焊接方法。
背景技术
现在的半导体芯片的集成度是越来越高，反倒是散热问题成了技术应用的难点。性价比最高又好加工的散热材料就是金属材料。在实际应用过程中，会经常遇到要把两块金属材料进行紧密连接在一起，同时还要保证其导热能力。为此，人们发明了各种导热胶，但是导热胶的导热系数只有金属的百分之一左右，满足要求越来越困难了。其实，金属与金属之间是可以以金属键的形式焊接在一起的，但是，存在一个限制条件：焊接温度不得高于半导体的承受能力。这样，传统的焊接工艺就没法使用了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属材料焊接方法，旨在解决现有技术中传统的焊接工艺无法满足在焊接温度不得高于半导体的承受能力下焊接两块金属材料的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种金属材料焊接方法，包括以下步骤：
S100：对需要焊接的金属块的焊接面加工出蜂窝状微坑；
S200：在所述金属块的焊接面涂敷液态金属膏，并使所述液态金属膏填充满所述蜂窝状微坑；
S300：贴合需要连接的两块所述金属块的焊接面，并对两块所述金属块的焊接面以及焊接面上涂敷的所述液态金属膏进行加热；
S400：对贴合后的两块所述金属块进行加压以挤压两块所述金属块的焊接面，并在加压过程中的对两块所述金属块进行冷却。
可选地，在所述步骤S100中，通过T处理工艺对所述金属块的焊接面进行加工，并在所述金属块的焊接面上形成50～100纳米的蜂窝状微坑。
可选地，在所述步骤S100中，对所述金属块的焊接面进行T处理后，再对所述金属块的焊接面进行等离子清洗。
可选地，在所述步骤S200中，所述液态金属膏中的金属颗粒的直径为5～10纳米。
可选地，在所述步骤S300中，加热贴合后的两块所述金属块以蒸发所述液态金属膏中的扩散剂，并使所述液态金属膏形成金属类融化物。
可选地，在所述步骤S300中，加热至蒸发所述液态金属膏中的扩散剂的温度小于200℃。
可选地，在所述步骤S300中，在真空环境下加热贴合后的两块所述金属块。
可选地，在所述步骤S400中，加压贴合后的两块所述金属块，挤压两块所述金属块的焊接面以排出所述金属类融化物内的气泡。
可选地，在所述步骤S400中，冷却排出气泡后的所述金属类融化物，并使所述金属类融化物形成固化金属焊料。
可选地，在所述步骤S400中，所述金属类融化物为所述液态金属膏未达到金属的熔点温度时的液态物理状态。
本发明实施例提供的金属材料焊接方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：先在金属块的焊接面加工出蜂窝状微坑，这样，在金属块的焊接面涂敷液态金属膏时，可以通过该蜂窝状微坑增强对液态金属膏的附着力，并可以增加金属块的焊接面上的导热面积；然后将两款焊接面上涂敷有液态金属膏的金属块进行贴合并加热，使得液态金属膏的物理状态发生变化，最后对金属块进行了压合并冷却，固化液态金属膏，并实现将两块金属块焊接于一起，整个过程可以实现低温焊接，并能够有效保证焊接后的金属块之间的导热性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的金属材料焊接方法加工的金属块的焊接过程示意图。
图2为本发明实施例提供的金属材料焊接方法的流程图。
其中，图中各附图标记：
10—金属块 11—焊接面 12—蜂窝状微坑
20—液态金属膏 30—金属类融化物 31—气泡
40—固化金属焊料。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个实施例中，如图1～2所示，提供一种金属材料焊接方法，包括以下步骤：
S100：对需要焊接的金属块10的焊接面11加工出蜂窝状微坑12；金属块10可以是金属铝块，采用金属铝制作的金属块10散热效果好；当然，在其他例如铜、铁等合金也可以作为金属块10使用；
S200：在所述金属块10的焊接面11涂敷液态金属膏20，并使所述液态金属膏20填充满所述蜂窝状微坑12；进一步地，在涂敷液态金属膏20的时对液态金属膏20进行高频震荡，这样可以彻底排出蜂窝状微坑12内的空气，让液态金属膏20更加结实地填充满蜂窝状微坑12；
S300：贴合需要连接的两块所述金属块10的焊接面11，并对两块所述金属块10的焊接面11以及焊接面11上涂敷的所述液态金属膏20进行加热；通过加热可以使得液态金属膏20的物理状态发生变化，让金属块10之间实现焊接；采用的液态金属膏20在较低的温度加热下即可实现物理状态的变化，进而更加有利于对金属块10之间的焊接；即时在处于应用于半导体环境下，也不会在半导体造成伤害，即在半导体的承受能力下实现的加热焊接；
S400：对贴合后的两块所述金属块10进行加压以挤压两块所述金属块10的焊接面11，并在加压过程中的对两块所述金属块10进行冷却；进一步地的挤压可以让金属块10的焊接面11之间的液态金属膏20的连接更加紧密有效，并且，同时进行冷却则有效地固化液态金属膏20，使得其成为硬质的金属彻底连接两块金属块10，完成最后的焊接固定。
本发明实施例提供的金属材料焊接方法中，先在金属块10的焊接面11加工出蜂窝状微坑12，这样，在金属块10的焊接面11涂敷液态金属膏20时，可以通过该蜂窝状微坑12增强对液态金属膏20的附着力，并可以增加金属块10的焊接面11上的导热面积；然后将两款焊接面11上涂敷有液态金属膏20的金属块10进行贴合并加热，使得液态金属膏20的物理状态发生变化，最后对金属块10进行了压合并冷却，固化液态金属膏20，并实现将两块金属块10焊接于一起，整个过程可以实现低温焊接，并能够有效保证焊接后的金属块10之间的导热性能。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S100中，通过T处理工艺(金属表面电化学蚀刻工艺)对所述金属块10的焊接面11进行加工，并在所述金属块10的焊接面11上形成50～100纳米的蜂窝状微坑12。如此经过T处理的金属块10的焊接面11形成的蜂窝状微坑12密度大，面积广，能够有效增加硬质氧化层的导热面积和增强附着力。并且50～100纳米级的蜂窝状微坑12有利于与液态金属膏20结合，提高焊接后的粘结力。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S100中，对所述金属块10的焊接面11进行T处理后，再对所述金属块10的焊接面11进行等离子清洗。在该步骤中，通过等离子清洗的方式可以将经过T处理的金属块10的焊接面11清洁干净，并且可以保证金属块10的焊接面11干燥，如此可以减小后续涂敷在该焊接面11上的液态金属膏20的污染，进一步加强液态金属膏20固化后对两金属块10的焊接结合力。具体地，进行等离子清洗可以在等离子清洗机内进行，高效安全。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S200中，所述液态金属膏20中的金属颗粒的直径为5～10纳米。选用5～10纳米级别的金属颗粒的液态金属膏20，可以利用其金属分子之间的亲和力，能够与50～100纳米的蜂窝状微坑12有效地对结合，并且在高频超声波震荡作用下，彻底有效地排出蜂窝状微坑12内的空气，进一步提高液态金属膏20填充蜂窝状微坑12的能力。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S300中，加热贴合后的两块所述金属块10以蒸发所述液态金属膏20中的扩散剂，并使所述液态金属膏20形成金属类融化物30。本实施例的液态金属膏20内添加有扩散剂，在加热金属块10时，需要加热至将液态金属膏20内的扩散剂蒸发，使得液态金属膏20熔接两块金属块10的焊接面11。其中，由于毛细现象的作用，加上金属原子之间的引力，蒸发出的气体会自然被挤出，最终使得液态金属膏20形成金属类融化物30。
进一步地，本实施例中的具有扩散剂的液态金属膏20的充分利用了原子、分子之间的作用力在纳米材料中的宏观表现，以及纳米孔隙的超毛细现象，实现了一个有效可控应用，实现把两种不同的金属材料以金属键的形式焊接在一起。该种工艺具有用工成本低的优点，具有很好的经济效益。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S300中，加热至蒸发所述液态金属膏20中的扩散剂的温度小于200℃。蒸发扩散剂的温度就是大面积无缝金属键焊接两块金属块10所需要的温度，该温度可以实现在200℃以下，可以满足绝大多数要求，相对于传统工艺，实现了较低的温度进行金属块10之间的焊接连接，并且连接后的金属块10之间的导热性能良好，连接稳定性好。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S300中，在真空环境下加热贴合后的两块所述金属块10。具体地，在该实施例中，在真空环境下的加热可以针对一些特殊例如应用在传感器件上的金属件进行焊接。
本发明的另一个实施例中，如图1～2所示，在所述步骤S400中，加压贴合后的两块所述金属块10，挤压两块所述金属块10的焊接面11以排出所述金属类融化物30内的气泡31。具体地，该实施例中，利用金属原子之间的作用力以及这种作用力在微小孔隙中表现出的一种毛细现象排出工艺过程中的杂气，使得被焊接的焊接面11更加牢固可靠。
本发明的另一个实施例中，如图1～2所示，在所述步骤S400中，冷却排出气泡31后的所述金属类融化物30，并使所述金属类融化物30形成固化金属焊料40。具体地，冷却金属类融化物30后使得其形成固化金属焊料40的硬质状态，这样即可有效地使得两块金属块10实现焊接固定，此时，两块金属块10之间还可以实现很好的热量传递。
本发明的另一个实施例中，在所述步骤S400中，所述金属类融化物30为所述液态金属膏20未达到金属的熔点温度时的液态物理状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属材料焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：对需要焊接的金属块的焊接面加工出蜂窝状微坑；
S200：在所述金属块的焊接面涂敷液态金属膏，并使所述液态金属膏填充满所述蜂窝状微坑；
S300：贴合需要连接的两块所述金属块的焊接面，并对两块所述金属块的焊接面以及焊接面上涂敷的所述液态金属膏进行加热；
S400：对贴合后的两块所述金属块进行加压以挤压两块所述金属块的焊接面，并在加压过程中的对两块所述金属块进行冷却。
2.根据权利要求1所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S100中，通过T处理工艺对所述金属块的焊接面进行加工，并在所述金属块的焊接面上形成50～100纳米的蜂窝状微坑。
3.根据权利要求2所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S100中，对所述金属块的焊接面进行T处理后，再对所述金属块的焊接面进行等离子清洗。
4.根据权利要求2所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S200中，所述液态金属膏中的金属颗粒的直径为5～10纳米。
5.根据权利要求1～4任一项所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S300中，加热贴合后的两块所述金属块以蒸发所述液态金属膏中的扩散剂，并使所述液态金属膏形成金属类融化物。
6.根据权利要求5所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S300中，加热至蒸发所述液态金属膏中的扩散剂的温度小于200℃。
7.根据权利要求5所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S300中，在真空环境下加热贴合后的两块所述金属块。
8.根据权利要求5所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S400中，加压贴合后的两块所述金属块，挤压两块所述金属块的焊接面以排出所述金属类融化物内的气泡。
9.根据权利要求8所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S400中，冷却排出气泡后的所述金属类融化物，并使所述金属类融化物形成固化金属焊料。
10.根据权利要求5所述的金属材料焊接方法，其特征在于：在所述步骤S400中，所述金属类融化物为所述液态金属膏未达到金属的熔点温度时的液态物理状态。
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