CN85107155A - 无银合金焊料封接陶瓷和柯瓦、陶瓷和铜的固态压力扩散焊 - Google Patents

无银合金焊料封接陶瓷和柯瓦、陶瓷和铜的固态压力扩散焊 Download PDF

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Abstract

一种用铝作中间层的固态压力扩散焊接工艺,它适用于铜或镀有镍表面的铜与氧化铝陶瓷、柯瓦或镀有镍表面的柯瓦(铁镍钴合金)与氧化铝陶瓷的封接。可用来封接大功率可控硅和其他大功率半导体管、电子管以及绝缘支柱的接头。
这种新的封接工艺与现有的封接工艺比较,具有不使用昂贵的银铜焊料、工艺简单、没有焊料的流散和蒸发,电气性能好、焊接温度低,成品率高,耗电量小等优点。

Description

本发明是一种固态压力扩散焊接(简称扩散焊接)工艺,它适用于铜或镀有镍表面的铜与氧化铝陶瓷、柯瓦(KOVar、铁镍钴合金)或镀有镍表面的柯瓦与氧化铝陶瓷的封接。这二种封接接头可制作大功率可控硅和其它大功率半导体管壳、电子管管壳以及其它绝缘接头。
就申请人所知,在现有的铜与陶瓷、柯瓦与陶瓷的封接技术中、最常用的工艺,一种是烧结金属粉末法,其要点是在陶瓷的封接面上涂上一层钼锰粉,放入氢气炉内高温烧结,使陶瓷封接面金属化、再将金属化的陶瓷镀上一层镍,然后在铜与陶瓷、柯瓦与陶瓷之间放进银铜焊料,一并放入真空炉或氢气炉内加热,至焊料熔化,再经保温降温、即可获得牢固的封接效果。第二种是活性金属化法,即在陶瓷与铜或柯瓦之间放入钛-银-铜焊料,一并放入真空钎焊炉内加热,至焊料熔化,再经保温、降温、亦可获得牢固的封接。
上述二种工艺,都需采用昂贵的银的合金作焊料。目前的另一种新工艺是铜与陶瓷、柯瓦与陶瓷直接采用扩散焊接获得牢固的封接,但封接温度需要达到850℃以上,这样封接周期较长,耗电量较大,并且在批量生产中如何使得不该连在一起的接头之间不粘连,这是一个难以解决的问题。
本发明是针对封接工艺的上述缺点所做的重大改进。
本发明的要点是,在封接过程中不需要银铜作焊接,而采用铝作中间层的扩散焊接工艺。具体工艺是:
1、将陶瓷件用肥皂粉液和毛刷洗净,用自来水冲洗后,放入蒸馏水或去离子水中煮沸一小时,捞出放进马福炉内加温到1000℃,保温一小时后,冷却备用。
2、将铜或镀镍表面的铜、柯瓦或镀镍表面的柯瓦、中间层铝箔用乙醚,酒精或丙酮等擦去油污。
3、将表面处理过的上述材料,按陶瓷、铝箔、铜或镀有镍表面的铜或者陶瓷、铝箔、柯瓦或镀有镍表面的柯瓦的顺序叠加在一起,放入高真空加热炉,或其它气体作保护气氛(氢、氮或惰性气体)的加热炉内加热,当温度升到580℃以上至铝的熔点温度以下范围的温度时,开始加压,压力控制在2公斤/毫米2以上,经过十分钟以上时间的保温,保压,然后降温、降压、温度降到200℃以下,即可取出封接工件。
采取这种工艺方法实现的陶瓷与铜、陶瓷与柯瓦的封接接头,抗拉强度可达到每平方厘米300-900公斤;封接界面处的漏气率可小于10-9托·升/秒;将封接件加热到300℃,然后快速冷却到负80℃不会损坏,性能保持不变。
4、封接设备,采用专门制造的带压力系统的真空扩散炉或用其它气体作保护气氛的扩散炉。如采用常规的真空炉、或气体作保护气氛的加热炉,对封接工件,需要设计专门的夹具,使工件达到2公斤/毫米2以上的力,并要求夹具的材料的膨胀系数小于焊接工件的膨胀系数,采用钼的材料作夹具最佳。
本发明与一般的封接工艺比较,有以下突出的优点。
1、避免了使用昂贵的银铜焊料或钛-银-铜焊料。
2、封接工件的铜、柯瓦和铝箔(厚度为0.1-0.2毫米)表面氧化层,可以不必去除。
3、封接工艺简单,操作方便,只要在封接过程中,合理调节加热温度,施加压力和保温时间,均可获得不同程度的机械强度。
4、成品率高,只要材料本身无缺陷,成品率可达90%以上。
5、没有焊料的流散和蒸发,结合面光滑,使陶瓷保持原有的电气强度。
6、封接温度低、耗电量小,可缩短周期约1/4,成本降低。
7、与无铝作中间层的扩散焊接比较,不但封接温度低,主要是解决了批量生产中不该结合的工件互相粘连的难题。
Figure 85107155_IMG1

Claims (3)

1、一种固态压力扩散焊接工艺,其特征在于焊接过程中,不采用昂贵的银铜焊料,而采用铝做中间层。
2、按照权利要求1.所说的焊接工艺,其特征在于,它适用于铜或镀有镍表面的铜与氧化铝陶瓷、柯瓦或镀有镍表面的柯瓦(铁镍钴合金)与氧化铝陶瓷的封接
3、按照权利要求1、2所说的焊接工艺,其特征在于,封接过程是在带有压力系统的真空扩散炉,或有其他保护气氛的扩散炉内进行的。如采用常规的真空加热炉,或其它气体作保护气氛的加热炉,需对封接件,设计专门的夹具。
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