CN110773878A - 一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动切除陶瓷覆铜基板溢出钎料的装置及方法，其中，所述装置包括用于放置所述陶瓷覆铜板的变位工作台、设置在所述变位工作台上方且可移动的超声波换能器和激光切割器，以及与所述超声波换能器和激光切割器分别电连接的计算机。本发明提供的装置能够有效切除多余的铜板和溢出的钎料，避免溢出料与铜板表面发生共晶反应从而污染铜板，提升了活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板的品质，同时，切割掉多余的铜板，能够有效减少陶瓷覆铜板刻蚀工序的生产成本，并还减少了刻蚀过程中对环境的污染。

Description

一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法

技术领域

本发明涉及陶瓷覆铜板的制造领域，特别涉及一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法。

背景技术

陶瓷覆铜板是将高导电无氧铜在加压高温下使其与陶瓷表面焊接固连而形成的一种复合金属陶瓷基板，其既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性，又具有无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能，并且易于刻蚀出各种图形，是电力电子领域功率模块封装连接芯片与散热衬底的关键材料。陶瓷覆铜板常用制备技术主要分为：活性钎焊法、直接覆铜法和化学覆铜法，然而在采用活性钎焊法制备陶瓷覆铜板的过程中，由于毛细作用使得钎料容易外溢，溢出的钎料易与铜板表面发生共晶反应进而会污染铜板，影响陶瓷覆铜板使用性能。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法，旨在解决现有的采用活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板容易被钎料污染，以及使用性能较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，其中，包括用于放置所述陶瓷覆铜板的变位工作台、设置在所述变位工作台上方且可移动的超声波换能器和激光切割器，以及与所述超声波换能器和激光切割器分别电连接的计算机。

所述的自动切除陶瓷基覆铜板溢出钎料的装置，其中，还包括与所述变位工作台固定连接的第一支架，与所述超声波换能器固定连接的第二支架，所述第一支架和第二支架通过滑动导轨连接。

所述的自动切除陶瓷基覆铜板溢出钎料的装置，其中，所述变位工作台与陶瓷覆铜板之间设置有垫板。

一种自动切除陶瓷基覆铜板溢出钎料的方法，其中，包括步骤：

在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板的边界轮廓信息；

激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板。

所述自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其中，所述在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷覆铜板的边界轮廓信息之前，还包括步骤：

对所述陶瓷覆铜板进行清洗，并在清洗后的陶瓷覆铜板表面涂覆耦合剂。

所述自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其特征在于，所述耦合剂为甘油或机油。

所述自动切除陶瓷基覆铜板溢出钎料的方法，其中，所述在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板的边界轮廓信息的步骤包括：

通过超声波换能器对所述陶瓷覆铜板进行扫描，所述计算机实时记录所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间；

所述计算机根据所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间以及超声波换能器的平均位移速度，得到所述陶瓷覆铜板中溢出钎料的具体坐标，并生成具有边界轮廓信息的二维云图。

所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其中，所述激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板的步骤包括：

获取所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度，并将所述铜板厚度与计算机中预设的厚度阈值进行比较；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度小于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息一次性切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度大于或等于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息分两次对所述陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板进行切割。

所述自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其中，所述厚度阈值为0.5mm。

所述自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其中，所述陶瓷覆铜板包括依次层叠设置的第一铜板、第一钎缝、第一活性层、陶瓷板、第二活性层、第二钎缝以及第二铜板。

有益效果：本发明中设计了一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，通过在计算机的控制下，利用超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷边界轮廓信息，其后，激光器获取陶瓷边界轮廓信息，切除溢出的钎料及多余铜板，一方面，有效避免了外溢出的钎料与铜板表面发生共晶反应从而污染铜板，提升了活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板的品质，另一方面，切割掉多余的铜板，能够有效减少陶瓷覆铜板刻蚀工序的生产成本，进一步地，也减少了刻蚀过程中对环境的污染。

附图说明

图1为本发明一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置的结构示意图。

图2为本发明一种自动切除陶瓷基覆铜板溢出钎料的方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置的结构示意图，如图所示，其包括有用于放置所述陶瓷覆铜板10的变位工作台20，设置在所述变位工作台20上方且可移动的超声波换能器30和激光切割器40，以及与所述超声波换能器30和激光切割机40分别电连接的计算机50。

本实施例中，通过计算机向超声波换能器发送信息，使超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，其后，与激光切割器相连的计算机将陶瓷覆铜板边界轮廓信息发送给激光切割器，激光切割器接收陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，移动到任意边界轮廓位置，在惰性气体保护下对陶瓷覆铜板进行切割，切除溢出的钎料及多余铜板。

在一些实施方式中，如图1所示，所述陶瓷覆铜板10包括从上至下依次层叠设置的第一铜板1、第一钎缝2、第一活性层3、陶瓷板4、第二活性层5、第二钎缝6以及第二铜板7。在本实施例中，所述多余铜板是指第一铜板1与所述陶瓷板4的未重合区域以及第二铜板7与所述陶瓷板4的未重合区域，所述溢出的钎料是指所述第一钎缝2以及第二钎缝6在钎焊时溢出到所述多余铜板上的钎料。本实施例提供的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置能够有效切除溢出钎料及多余铜板，避免了外溢出的钎料与铜板表面发生共晶反应从而污染铜板，提升了活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板的品质。

在一些实施方式中，如图1所示，所述变位工作台20上固定连接有第一支架21，所述超声波换能器30上固定连接有第二支架31，所述第一支架与第二支架通过滑动导轨60连接。优选的，所述第一支架21位于竖直方向，所述第二支架31位于水平方向，在本实施例中，所述第一支架21通过所述滑动导轨60可带动所述超声波换能器30沿所述第二支架31在竖直方向移动，所述第一支架21还可通过所述滑动导轨60带动所述超声波换能器30沿水平方向移动。也就是说，本实施例通过将所述第一支架21与所述第二支架31通过滑动导轨60连接，保证了所述超声波换能器30能够相对所述陶瓷覆铜板10在竖直和水平方向稳定地扫描，避免超声波换能器30在扫描过程中受到外界因素干扰，发生微弱倾斜，从而导致测量结果发生误差，使切割的面积发生错误，影响最终切割的陶瓷覆铜板成品的品质。

在一些实施方式中，还提供一种自动切除陶瓷覆铜基板溢出钎料的方法，其包括步骤：

S100、在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板的边界轮廓信息；

S200、激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板。

现有的采用活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板，在焊接过程中，由于毛细作用钎料容易外溢，外溢出的钎料与铜板表面完成共晶反应进而会污染铜板，影响陶瓷覆铜板的使用性能。本实施例通过在计算机的控制下，利用超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷边界轮廓信息，其后，与激光器相连的计算机将陶瓷边界轮廓信息发送给激光器，激光器接收陶瓷边界轮廓信息，切除溢出的钎料及多余铜板，有效避免了外溢出的钎料与铜板表面发生共晶反应从而污染铜板，提升了活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板的品质。

在一些实施方式中，所述在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板的边界轮廓信息的步骤包括：

S110、通过超声波换能器对所述陶瓷覆铜板进行扫描，所述计算机实时记录所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间；

S120、所述计算机根据所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间以及超声波换能器的平均位移速度，得到所述陶瓷覆铜板中溢出钎料的具体坐标，并生成具有边界轮廓信息的二维云图。

具体来讲，如图2所示，本实施例利用设置在变位工作台上方的超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，当超声波换能器扫描通过铜板与陶瓷板的未重合区域(多余铜板)时，所述超声波换能器发出的超声波在固态的铜板中传递一段距离后转变为在气态的空气中传递；当超声波换能器扫描通过铜板和陶瓷板的重合区域时，发射的超声波依次穿过固态的第一铜板1、第一钎缝2、第一活性层3、陶瓷板4、第二活性层5、第二钎缝6以及第二铜板7，此时的超声波由于只在固相介质中传递，其反射波与在铜板与陶瓷板的未重合区域进行扫描时不同，即反射波长信号发生变化，此时，与超声波换能器相连的计算机实时记录超声波换能器反射波长信号发生变化的时间，并根据超声波换能器反射波长信号发生变化的时间以及超声波换能器的平均位移速度，可得到陶瓷覆铜板中溢出钎料的具体坐标，待扫描完铜板的整个面，计算机可生成具有完整边界轮廓信息的二维云图，接下来，对陶瓷覆铜板的边界轮廓进行提取，所述激光切割器根据提取到的陶瓷覆铜板的边界轮廓移动到任意边界轮廓位置，在惰性气体的保护下对陶瓷覆铜板进行切割，将溢出的钎料和多余的铜板进行切除。

在一些实施方式中，所述在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板的边界轮廓信息的步骤之前，还包括步骤：对所述陶瓷覆铜板进行清洗，并在清洗后的陶瓷覆铜板表面涂覆耦合剂。

由于在扫描过程中，陶瓷基覆铜板表面的氧化物和杂质会影响超声波换能器扫描结果的准确度，在进行扫描前需要对陶瓷基覆铜板进行清洗处理，除去其表面的氧化物和杂质，并在其表面涂覆一层均匀的耦合剂，可有效提升扫描的准确度。

在一些实施方式中，所述耦合剂为机油或甘油。

在一些实施方式中，所述激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板的步骤包括：

获取所述陶瓷覆铜中的铜板厚度，并将所述铜板厚度与计算机中预设的厚度阈值进行比较；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度小于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息一次性切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度大于或等于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息分两次对所述陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板进行切割。

如图2所示，为了提升切割效果，确保切除后的陶瓷覆铜板的品质不受影响，本实施例提前将陶瓷覆铜中的铜板厚度与计算机中预设的厚度阈值进行比较，若铜板厚度小于所述厚度阈值，则一次性切除所述陶瓷覆铜板中的第一铜板、第二铜板以及溢出在所述第一铜板和第二铜板上的钎料；若铜板厚度大于或等于所述厚度阈值，则分两次对所述陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板进行切割，具体为先切割第一铜板以及溢出在所述第一铜板上的钎料，然后再切割第二铜板以及溢出在所述第二铜板上的钎料。

在一些优选的实施方式中，所述厚度阈值为0.5mm。本发明中，当铜板厚度大于或等于0.5mm时采取分两次进行切割，有效地保证了切割效果，确保切除后的陶瓷覆铜板的品质不受影响。

下面通过具体实施例对本发明一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置及方法做进一步的解释说明：

实施例1

陶瓷覆铜板进行钎焊后的陶瓷尺寸为114mm×114mm×1mm，覆铜板的尺寸为134mm×134mm×0.3mm，将陶瓷覆铜板表面进行处理去除表面氧化物和杂质，并在其表面均匀涂覆一层机油，然后将陶瓷覆铜板放在变位工作台上的垫板上，涂覆机油的面朝上。

在计算机的控制下，超声波换能器产生超声波，在铜板上进行完整扫描，生成氮化铝陶瓷覆铜板的边界轮廓的二维云图，对陶瓷覆铜板的边界轮廓进行提取，其后变位工作台移动到激光切割器的操作平台上，使激光切割器中的切割头对准陶瓷覆铜板的边界任意一位置，在氩气氛围下，进行切割。其中，激光切割器功率为250W，移动速度1m/s。切割后陶瓷覆铜板的铜板与陶瓷板长、宽尺寸相等，均为114mm×114mm。

实施例2

陶瓷覆铜板进行钎焊后的陶瓷尺寸为114mm×114mm×1mm，覆铜板的尺寸为134mm×134mm×0.7mm，将陶瓷覆铜板表面进行处理去除表面氧化物和杂质，并在其表面均匀涂覆一层机油，然后将陶瓷覆铜板放在变位工作台上的垫板上，涂覆机油的面朝上。

在计算机的控制下，超声波换能器产生超声波，在铜板上进行完整扫描，生成氮化铝陶瓷覆铜板的边界轮廓的二维云图，对陶瓷覆铜板的边界轮廓进行提取，其后变位工作台移动到激光切割器的操作平台上，使激光切割器中的切割头对准陶瓷覆铜板的边界任意一位置，在氩气氛围下，进行切割。其中，激光切割器功率为400W，移动速度1.2m/s。切割后陶瓷覆铜板的铜板与陶瓷板长、宽尺寸相等，均为114mm×114mm。

实施例3

陶瓷覆铜板进行钎焊后的陶瓷尺寸为138mm×168mm×1mm，覆铜板的尺寸为158mm×188mm×1mm，将陶瓷覆铜板表面进行处理去除表面氧化物和杂质，并在其表面均匀涂覆一层机油，然后将陶瓷覆铜板放在变位工作台上的垫板上，涂覆机油的面朝上。

在计算机的控制下，超声波换能器产生超声波，在铜板上进行完整扫描，生成氮化铝陶瓷覆铜板的边界轮廓的二维云图，对陶瓷覆铜板的边界轮廓进行提取，其后变位工作台移动到激光切割器的操作平台上，使激光切割器中的切割头对准陶瓷覆铜板的边界任意一位置，在氩气氛围下，进行切割。其中，激光切割器功率为520W，移动速度1.5m/s。切割后陶瓷覆铜板的铜板与陶瓷板长、宽尺寸相等，均为138mm×168mm。

综上所述，本发明中设计了一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，通过在计算机的控制下，利用超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷边界轮廓信息，其后，激光切割器获取陶瓷边界轮廓信息，切除溢出的钎料及多余铜板，一方面，有效避免了外溢出的钎料与铜板表面发生共晶反应从而污染铜板，提升了活性钎焊法制备的陶瓷覆铜板的品质，另一方面，切割掉多余的铜板，能够有效减少陶瓷覆铜板刻蚀工序的生产成本，进一步地，减少了刻蚀过程中对环境的污染。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，其特征在于，包括用于放置所述陶瓷覆铜板的变位工作台、设置在所述变位工作台上方且可移动的超声波换能器和激光切割器，以及与所述超声波换能器和激光切割机分别电连接的计算机。

2.根据权利要求1所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，其特征在于，还包括与所述变位工作台固定连接的第一支架，与所述超声波换能器固定连接的第二支架，所述第一支架和第二支架通过滑动导轨连接。

3.根据权利要求2所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的装置，其特征在于，所述变位工作台与陶瓷覆铜板之间设置有垫板。

4.一种自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其中，包括步骤：

在计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷覆铜板边界轮廓信息；

激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板溢出的钎料及多余铜板。

5.根据权利要求4所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其特征在于，所述在控制计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取陶瓷覆铜板的边界轮廓信息之前，还包括步骤：

对所述陶瓷基覆铜板进行清洗，并在清洗后的陶瓷覆铜板表面涂覆耦合剂。

6.根据权利要求5所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其特征在于，所述耦合剂为机油或甘油。

7.根据权利要求4所述的自动切除陶瓷覆铜基板溢出钎料的方法，其特征在于，所述在控制计算机的控制下，通过移动超声波换能器对陶瓷覆铜板进行扫描，获取所述陶瓷边界轮廓信息的步骤包括：

通过超声波换能器对所述陶瓷覆铜板进行扫描，所述计算机实时记录所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间；

所述计算机根据所述超声波换能器反射波长信号发生变化的时间以及超声波换能器的平均位移速度，得到所述陶瓷覆铜板中溢出钎料的具体坐标，并生成具有边界轮廓信息的二维云图。

8.根据权利要求4所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其特征在于，所述激光切割器接收计算机发送的陶瓷覆铜板的边界轮廓信息，并根据所述边界轮廓信息切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板的步骤包括：

获取所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度，并将所述铜板厚度与计算机中预设的厚度阈值进行比较；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度小于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息一次性切除陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板；

若所述陶瓷覆铜板中的铜板厚度大于或等于所述厚度阈值，则所述激光切割器根据所述边界轮廓信息分两次对所述陶瓷覆铜板中溢出的钎料及多余铜板进行切割。

9.根据权利要求8所述的自动切除陶瓷覆铜基板溢出钎料的方法，其特征在于，所述厚度阈值为0.5mm。

10.根据权利要求4所述的自动切除陶瓷覆铜板溢出钎料的方法，其特征在于，所述陶瓷覆铜板包括依次设置的第一铜板、第一钎缝、第一活性层、陶瓷板、第二活性层、第二钎缝以及第二铜板。

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