CN113492255A - 一种样品焊接方法 - Google Patents

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李俊龙
王英辉
须贺唯知
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Abstract

本申请公开了一种样品焊接方法，针对具有第一热膨胀系数的第一样品和具有第二热膨胀系数的第二样品的焊接，包括配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，第一热膨胀系数、第三热膨胀系数、第四热膨胀系数和第二热膨胀系数依次递增或递减；将第一焊料置于第一样品上，将第二焊料置于第一焊料上，将第二样品置于第二焊料上；对第一样品、第一焊料、第二焊料和第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出。上述样品焊接方法，能够消除样品之间因热膨胀系数差异引起的热应力，焊接后的器件在使用时可靠性更高，延长器件工作寿命。

Description

一种样品焊接方法
技术领域
本发明属于电力电子器件技术领域，特别是涉及一种样品焊接方法。
背景技术
现代工业和社会生活的方方面面都会用到电力电子技术，随着电力电子器件功率和工作温度的不断提高，器件的散热性能和可靠性成为电力电子技术发展的一个重要瓶颈，传统的焊料键合技术已经无法满足大功率电子器件对散热和可靠性的需求，目前纳米焊膏的烧结连接技术取得了较大进展，但是不同的焊接材料的热膨胀系数可能存在较大的热应力。
在现有技术中，使用焊料进行焊接时都是只使用同一配比的焊料进行焊接，焊接完成后焊接界面的焊料烧结层的结构单一，且会和上下焊接材料中的一个产生热失配，在使用的过程中，由于热膨胀系数的差异会引起热应力，进而影响器件的使用寿命。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种样品焊接方法，能够消除样品之间因热膨胀系数差异引起的热应力，焊接后的器件在使用时可靠性更高，延长器件工作寿命。
本发明提供的一种样品焊接方法，针对具有第一热膨胀系数的第一样品和具有第二热膨胀系数的第二样品的焊接，包括：
配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，所述第一热膨胀系数、所述第三热膨胀系数、所述第四热膨胀系数和所述第二热膨胀系数依次递增或递减；
将所述第一焊料置于所述第一样品上，将所述第二焊料置于所述第一焊料上，将所述第二样品置于所述第二焊料上；
对所述第一样品、所述第一焊料、所述第二焊料和所述第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出。
优选的，在上述样品焊接方法中，所述焊料为四种具有不同的热膨胀系数的焊料。
优选的，在上述样品焊接方法中，所述焊料由Ag2O和乙二醇组成。
优选的，在上述样品焊接方法中，所述第一焊料中的Ag2O和乙二醇的配比为4:5，所述第二焊料中的Ag2O和乙二醇的配比为4:6。
优选的，在上述样品焊接方法中，所述第一样品为Cu。
优选的，在上述样品焊接方法中，所述第二样品为SiC。
通过上述描述可知，本发明提供的上述样品焊接方法，由于包括先配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，所述第一热膨胀系数、所述第三热膨胀系数、所述第四热膨胀系数和所述第二热膨胀系数依次递增或递减；然后将所述第一焊料置于所述第一样品上，将所述第二焊料置于所述第一焊料上，将所述第二样品置于所述第二焊料上；再对所述第一样品、所述第一焊料、所述第二焊料和所述第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出，因此能够消除样品之间因热膨胀系数差异引起的热应力，焊接后的器件在使用时可靠性更高，延长器件工作寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种样品焊接方法的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种样品焊接方法，能够消除样品之间因热膨胀系数差异引起的热应力，焊接后的器件在使用时可靠性更高，延长器件工作寿命。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供的一种样品焊接方法的实施例如图1所示，图1为本申请提供的一种样品焊接方法的示意图，针对具有第一热膨胀系数的第一样品和具有第二热膨胀系数的第二样品的焊接，包括如下步骤：
S1：配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，第一热膨胀系数、第三热膨胀系数、第四热膨胀系数和第二热膨胀系数依次递增或递减；
具体的，可以通过在溶剂中放入不同数量的焊料来实现热膨胀系数的调节，相对来说，加入的焊料成分越多，则热膨胀系数越高，那么这种热膨胀系数高的焊料与热膨胀系数高的样品相邻，二者之间的热失配就得到降低，焊接效果就更好，而加入的焊料成分越少，则热膨胀系数越低，那么这种热膨胀系数低的焊料与热膨胀系数低的样品相邻，二者之间的热失配就得到降低，焊接的效果就更好。
S2：将第一焊料置于第一样品上，将第二焊料置于第一焊料上，将第二样品置于第二焊料上；
具体的，这种第一焊料与第一样品具有更接近的热膨胀系数，因此焊接效果就更好，而且第二焊料与第二样品具有更接近的热膨胀系数，因此焊接效果也更好，当然这是相对于现有技术中只有一种配比的焊料进行焊接的方案来说的，可见采用了至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料的话，就有效降低了热失配现象，提升了焊接的持久性。
S3：对第一样品、第一焊料、第二焊料和第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出。
具体的，可以将这种涂抹了第一焊料和第二焊料的第一样品和第二样品放入可加热加压的炉内，进行加热加压进行烧结，冷却后取出，形成热膨胀系数递变的结构，有利于降低服役过程中的热应力，可观察到烧结后的焊料出现分层。
通过上述描述可知，本申请提供的上述样品焊接方法的实施例中，由于包括先配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，第一热膨胀系数、第三热膨胀系数、第四热膨胀系数和第二热膨胀系数依次递增或递减；然后将第一焊料置于第一样品上，将第二焊料置于第一焊料上，将第二样品置于第二焊料上；再对第一样品、第一焊料、第二焊料和第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出，因此能够消除样品之间因热膨胀系数差异引起的热应力，焊接后的器件在使用时可靠性更高，延长器件工作寿命。
在上述样品焊接方法的一个具体实施例中，焊料可以为四种具有不同的热膨胀系数的焊料，也就是说，可以配置具有四种不同配比的焊料，将不同配比的焊料按照热膨胀系数的递增或递减顺序与上下层样品焊接在一起，这样不同的层之间的热失配现象进一步得到缓解，能够取得更稳定的焊接效果。
在上述样品焊接方法的另一个具体实施例中，焊料由Ag2O和乙二醇组成，也就是说，将Ag2O溶解在乙二醇(EG)溶剂中，得到的焊料的焊接效果更好，当然除了Ag2O之外，还可以选择铜纳米粉或者碳化硅纳米粉等等，都可以实现较好的焊接效果，此处并不限制。
在进一步的实施例中，第一焊料中的Ag2O和乙二醇的配比可以为4:5，而且第二焊料中的Ag2O和乙二醇的配比可以为4:6。更进一步的，第一样品可以为Cu，第二样品可以为SiC，在这种情况下，将第一焊料与热膨胀系数较高的Cu样品相邻，将第二焊料与热膨胀系数较低的SiC相邻，并且第一焊料和第二焊料相连接，这样烧结之后，第一焊料能够与Cu样品有更好的热匹配效果，第二焊料也能够与SiC有更好的热匹配效果，这样焊接得到的整体样品就更加不容易开裂，使用寿命更长。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种样品焊接方法，针对具有第一热膨胀系数的第一样品和具有第二热膨胀系数的第二样品的焊接，其特征在于，包括：
配制至少两种具有不同的热膨胀系数的焊料，包括具有第三热膨胀系数的第一焊料和具有第四热膨胀系数的第二焊料，所述第一热膨胀系数、所述第三热膨胀系数、所述第四热膨胀系数和所述第二热膨胀系数依次递增或递减；
将所述第一焊料置于所述第一样品上，将所述第二焊料置于所述第一焊料上，将所述第二样品置于所述第二焊料上；
对所述第一样品、所述第一焊料、所述第二焊料和所述第二样品加热加压，烧结为一体，然后冷却取出。
2.根据权利要求1所述的样品焊接方法，其特征在于，所述焊料为四种具有不同的热膨胀系数的焊料。
3.根据权利要求1所述的样品焊接方法，其特征在于，所述焊料由Ag2O和乙二醇组成。
4.根据权利要求3所述的样品焊接方法，其特征在于，所述第一焊料中的Ag2O和乙二醇的配比为4:5，所述第二焊料中的Ag2O和乙二醇的配比为4:6。
5.根据权利要求4所述的样品焊接方法，其特征在于，所述第一样品为Cu。
6.根据权利要求5所述的样品焊接方法，其特征在于，所述第二样品为SiC。
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