CN112143928B - 一种超高温焊料烧结方法 - Google Patents

一种超高温焊料烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高温焊料烧结方法，包括如下步骤：制备混合粉末、制备焊料料浆、焊料涂布、焊料检测、焊料烧结、成品检测、过程控制；本发明通过对线圈内的烧结舟进行局部超高温加热，实现超高温硅钼焊料快速烧结，本发明工艺流程短，生产成本较低。

Description

一种超高温焊料烧结方法
技术领域
本发明涉及一种烧结方法，尤其涉及一种超高温焊料烧结方法。
背景技术
磁控管广泛应用于微波炉等设备的微波发生源，而阴极组件材料则是磁控管的核心部位。如图1所示，磁控管阴极由上端帽组件1、焊料2、钨灯丝3、下端帽组件4构成，上端帽组件1、下端帽组件4与钨灯丝3通过焊料2高温焊接而成。
传统采用的钌钼体系焊料由于钌元素材料成本高昂逐渐被硅钼体系焊料替代，但是硅钼焊料熔点高达2000～2200℃，采用普通烧结炉烧结的方法难以达到如此高温度，如果采用超高温电阻烧结炉烧结的方法，加热所用的碳棒则会挥发碳元素污染焊料；如果采用中频感应烧结炉烧结的方法，烧结炉费用高达400～800万人民币，不仅成本高昂，而且烧结时烧结炉温度场分布不均匀，批量生产过程难以控制，这些因素都严重制约了硅钼焊料的推广使用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种将线圈内的烧结舟进行局部超高温加热，实现超高温硅钼焊料快速烧结的超高温焊料烧结方法。
一种超高温焊料烧结方法，包括如下步骤：制备混合粉末：将质量百分含量为10%的硅粉、90%的钼粉倒入V型混合机中得到硅钼混合粉末，所述硅粉粒径范围为1μm～50μm、所述钼粉粒度为1μm～50μm；制备焊料料浆：在已有硅钼混合粉末的V型混合机中加入有机载体、丁酯溶剂、直径4～8mm的硬质合金研磨球，有机载体占硅钼混合粉末重量的5%～20%，丁酯溶剂占硅钼混合粉末重量的10%～30%，硬质合金研磨球与硅钼混合粉末的比重为1：1至4：1，混和料浆体积不超过V型研磨桶的三分之二，V型研磨桶转速为400～800r/min，研磨时间为1～4h得到焊料料浆；焊料涂布：将得到焊料料浆注入点胶针筒，通过自动点胶机均匀的将焊料涂布在端帽凹槽内，焊料单重为4～10mg，焊料点胶位置位于凹槽二分之一高度处；焊料检测：点胶后的端帽被逐个推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测端帽的外观和焊料位置，不合格品剔除回收；焊料烧结：带焊料端帽自动逐个被推入304不锈钢轨道，开始进入感应烧结炉低温区；随后焊料开始进入高温区，带焊料端帽被推入钼或钨材质的烧结舟内，通过45～60KW高频感应电源和直径为10毫米的感应加热铜线圈，将线圈内的烧结舟进行局部超高温加热至2100～2200℃，带焊料端帽在经过该区域过程中将被钼舟或钨舟逐步加热；经过0.5～5min，焊料完成烧结，并被推出高温区域，随后端帽被推入304不锈钢轨道进行冷却，整个烧结和冷却过程都在氩气、氮气或氢气气氛中完成；成品检测：端帽冷却至室温后，被推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测焊料烧结状态和焊料高度，要求烧结后的焊料呈现明亮金属光泽，焊料最高位置距离凹槽底面不超过0.3～1.5mm，并且无焊料飞溅和溢出现象；过程控制：根据成品检测步骤中的焊料尺寸随时调整焊料涂布步骤中的焊料单重，根据成品检测步骤中的焊料状态，可调整焊料烧结步骤中端帽推入速度和高频感应电流大小，直至烧结出稳定合格的焊料。
本发明的有益效果是：本发明通过对线圈内的烧结舟进行局部超高温加热，成功实现了超高温硅钼焊料的快速烧结；本发明工艺流程短，自动化程度高，避免了常规烧结工艺中的人工摆料和收料，大大降低人工成本；产品批量生产后在能耗节约，过程控制等方面都具有巨大优势。
附图说明：
图1为本发明的磁控管阴极的示意图；
图2为本发明的烧结舟、带焊料端帽、感应加热铜线圈组合在一起时的示意图。
其中，上端帽组件1、焊料2、钨灯丝3、下端帽组件4、烧结舟5、带焊料端帽6、感应加热铜线圈7。
具体实施方式
第一实施例：
一种超高温焊料烧结方法，包括如下步骤：制备混合粉末：将质量百分含量为10%的硅粉、90%的钼粉倒入V型混合机中得到硅钼混合粉末，此步骤可以不用搅拌，所述硅粉粒径范围为1μm、所述钼粉粒度为1μm；制备焊料料浆：在已有硅钼混合粉末的V型混合机中加入有机载体、丁酯溶剂、直径4mm的硬质合金研磨球，所述有机载体由树脂、树脂稀释剂、流变剂构成，其中树脂为60份、树脂稀释剂为5份、流变剂为35份，有机载体占硅钼混合粉末重量的5%，丁酯溶剂占硅钼混合粉末重量的10%，硬质合金研磨球与硅钼混合粉末的比重为1：1，混和料浆体积不超过V型研磨桶的三分之二，V型研磨桶转速为400r/min，研磨时间为1h得到焊料料浆；焊料涂布：将得到焊料料浆注入点胶针筒，通过自动点胶机均匀的将焊料涂布在端帽凹槽内，焊料单重为4mg，焊料点胶位置位于凹槽二分之一高度处；焊料检测：点胶后的端帽被逐个推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测端帽的外观和焊料位置，不合格品剔除回收；焊料烧结：带焊料端帽6自动逐个被推入304不锈钢轨道，开始进入感应烧结炉低温区；随后焊料开始进入高温区，带焊料端帽6被推入钼或钨材质的烧结舟5内，通过45KW高频感应电源和直径为10毫米的感应加热铜线圈7，将线圈内的烧结舟5进行局部超高温加热至2100℃，带焊料端帽6在经过该区域过程中将被钼舟或钨舟逐步加热；经过0.5min，焊料完成烧结，并被推出高温区域，随后端帽被推入304不锈钢轨道进行冷却，整个烧结和冷却过程都在氩气、氮气或氢气气氛中完成；成品检测：端帽冷却至室温后，被推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测焊料烧结状态和焊料高度，要求烧结后的焊料呈现明亮金属光泽，焊料最高位置距离凹槽底面不超过0.3mm，并且无焊料飞溅和溢出现象；过程控制：根据成品检测步骤中的焊料尺寸随时调整焊料涂布步骤中的焊料单重，根据成品检测步骤中的焊料状态，可调整焊料烧结步骤中端帽推入速度和高频感应电流大小，直至烧结出稳定合格的焊料。
第二实施例：
一种超高温焊料烧结方法，包括如下步骤：制备混合粉末：将质量百分含量为10%的硅粉、90%的钼粉倒入V型混合机中得到硅钼混合粉末，此步骤可以不用搅拌，所述硅粉粒径范围为25μm、所述钼粉粒度为25μm；制备焊料料浆：在已有硅钼混合粉末的V型混合机中加入有机载体、丁酯溶剂、直径6mm的硬质合金研磨球，所述有机载体由树脂、树脂稀释剂、流变剂构成，其中树脂为75份、树脂稀释剂为10份、流变剂为50份，有机载体占硅钼混合粉末重量的13%，丁酯溶剂占硅钼混合粉末重量的20%，硬质合金研磨球与硅钼混合粉末的比重为2：1，混和料浆体积不超过V型研磨桶的三分之二，V型研磨桶转速为600r/min，研磨时间为2.5h得到焊料料浆；焊料涂布：将得到焊料料浆注入点胶针筒，通过自动点胶机均匀的将焊料涂布在端帽凹槽内，焊料单重为7mg，焊料点胶位置位于凹槽二分之一高度处；焊料检测：点胶后的端帽被逐个推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测端帽的外观和焊料位置，不合格品剔除回收；焊料烧结：带焊料端帽6自动逐个被推入304不锈钢轨道，开始进入感应烧结炉低温区；随后焊料开始进入高温区，带焊料端帽6被推入钼或钨材质的烧结舟5内，通过50KW高频感应电源和直径为10毫米的感应加热铜线圈7，将线圈内的烧结舟5进行局部超高温加热至2150℃，带焊料端帽6在经过该区域过程中将被钼舟或钨舟逐步加热；经过2min，焊料完成烧结，并被推出高温区域，随后端帽被推入304不锈钢轨道进行冷却，整个烧结和冷却过程都在氩气、氮气或氢气气氛中完成；成品检测：端帽冷却至室温后，被推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测焊料烧结状态和焊料高度，要求烧结后的焊料呈现明亮金属光泽，焊料最高位置距离凹槽底面不超过0.9mm，并且无焊料飞溅和溢出现象；过程控制：根据成品检测步骤中的焊料尺寸随时调整焊料涂布步骤中的焊料单重，根据成品检测步骤中的焊料状态，可调整焊料烧结步骤中端帽推入速度和高频感应电流大小，直至烧结出稳定合格的焊料。
第三实施例：
一种超高温焊料烧结方法，包括如下步骤：制备混合粉末：将质量百分含量为10%的硅粉、90%的钼粉倒入V型混合机中得到硅钼混合粉末，此步骤可以不用搅拌，所述硅粉粒径范围为50μm、所述钼粉粒度为50μm；制备焊料料浆：在已有硅钼混合粉末的V型混合机中加入有机载体、丁酯溶剂、直径8mm的硬质合金研磨球，所述有机载体由树脂、树脂稀释剂、流变剂构成，其中树脂为90份、树脂稀释剂为15份、流变剂为65份，有机载体占硅钼混合粉末重量的20%，丁酯溶剂占硅钼混合粉末重量的%，硬质合金研磨球与硅钼混合粉末的比重为4：1，混和料浆体积不超过V型研磨桶的三分之二，V型研磨桶转速为800r/min，研磨时间为4h得到焊料料浆；焊料涂布：将得到焊料料浆注入点胶针筒，通过自动点胶机均匀的将焊料涂布在端帽凹槽内，焊料单重为10mg，焊料点胶位置位于凹槽二分之一高度处；焊料检测：点胶后的端帽被逐个推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测端帽的外观和焊料位置，不合格品剔除回收；焊料烧结：带焊料端帽6自动逐个被推入304不锈钢轨道，开始进入感应烧结炉低温区；随后焊料开始进入高温区，带焊料端帽6被推入钼或钨材质的烧结舟5内，通过60KW高频感应电源和直径为10毫米的感应加热铜线圈7，将线圈内的烧结舟5进行局部超高温加热至2200℃，带焊料端帽6在经过该区域过程中将被钼舟或钨舟逐步加热；经过5min，焊料完成烧结，并被推出高温区域，随后端帽被推入304不锈钢轨道进行冷却，整个烧结和冷却过程都在氩气、氮气或氢气气氛中完成；成品检测：端帽冷却至室温后，被推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测焊料烧结状态和焊料高度，要求烧结后的焊料呈现明亮金属光泽，焊料最高位置距离凹槽底面不超过1.5mm，并且无焊料飞溅和溢出现象；过程控制：根据成品检测步骤中的焊料尺寸随时调整焊料涂布步骤中的焊料单重，根据成品检测步骤中的焊料状态，可调整焊料烧结步骤中端帽推入速度和高频感应电流大小，直至烧结出稳定合格的焊料。
所述有机载体更为详细的内容，在本公司在先申请的申请号为2019113811197，专利名称为一种磁控管阴极组件用焊料的配置方法的发明专利中已有公开；CCD机器视觉系统是用于工业检测及识别的设备，可采集加工品的高清图像直接传输给到机子的通用端口。
根据上述说明及具体实施例，并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面描述的具体实施例，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种超高温焊料烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备混合粉末：将质量百分含量为10%的硅粉、90%的钼粉倒入V型混合机中得到硅钼混合粉末，所述硅粉粒径范围为1μm～50μm、所述钼粉粒度为1μm～50μm；
制备焊料料浆：在已有硅钼混合粉末的V型混合机中加入有机载体、丁酯溶剂、直径4～8mm的硬质合金研磨球，有机载体占硅钼混合粉末重量的5%～20%，丁酯溶剂占硅钼混合粉末重量的10%～30%，硬质合金研磨球与硅钼混合粉末的比重为1：1至4：1，混和料浆体积不超过V型研磨桶的三分之二，V型研磨桶转速为400～800r/min，研磨时间为1～4h得到焊料料浆；
焊料涂布：将得到焊料料浆注入点胶针筒，通过自动点胶机均匀的将焊料涂布在端帽凹槽内，焊料单重为4～10mg，焊料点胶位置位于凹槽二分之一高度处；
焊料检测：点胶后的端帽被逐个推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测端帽的外观和焊料位置，不合格品剔除回收；
焊料烧结：带焊料端帽自动逐个被推入304不锈钢轨道，开始进入感应烧结炉低温区；随后焊料开始进入高温区，带焊料端帽被推入钼或钨材质的烧结舟内，通过45～60kW高频感应电源和直径为10毫米的感应加热铜线圈，将线圈内的烧结舟进行局部超高温加热至2100～2200℃，带焊料端帽在经过该区域过程中将被钼舟或钨舟逐步加热；经过0.5～5min，焊料完成烧结，并被推出高温区域，随后端帽被推入304不锈钢轨道进行冷却，整个烧结和冷却过程都在氩气、氮气或氢气气氛中完成；
成品检测：端帽冷却至室温后，被推入透明有机玻璃轨道，通过CCD视觉系统检测焊料烧结状态和焊料高度，要求烧结后的焊料呈现明亮金属光泽，焊料最高位置距离凹槽底面不超过0.3～1.5mm，并且无焊料飞溅和溢出现象；
过程控制：根据成品检测步骤中的焊料尺寸随时调整焊料涂布步骤中的焊料单重，根据成品检测步骤中的焊料状态，调整焊料烧结步骤中端帽推入速度和高频感应电流大小，直至烧结出稳定合格的焊料。
2.根据权利要求1所述的超高温焊料烧结方法，其特征在于：所述有机载体由树脂、树脂稀释剂、流变剂构成，其中树脂为60～90份、树脂稀释剂为5～15份、流变剂为35～65份。
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