TWI665046B - 輕金屬接合方法及其接合填料 - Google Patents

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Abstract

一種輕金屬接合填料，其係由一溶劑均勻混合輕金屬粉末與銀粉末而形成；其中，該輕金屬粉末之粉末粒徑為微米級，該銀粉末之粉末粒徑為奈米級或次微米級；本發明所述金屬接合方法係將上述的輕金屬接合填料塗佈於二待接合輕金屬件之接合處；熱壓該二待接合輕金屬件，使得該銀粉末燒結黏著於該輕金屬粉末及該二待接合輕金屬件之表面，並於該銀粉末冷凝後完成該二待接合金屬件之接合。本發明提供的輕金屬接合填料進行的輕金屬接合方法，可在一般大氣壓力的環境中以低溫加熱進行金屬接合，並同時降低低溫接合的填料成本。

Description

輕金屬接合方法及其接合填料
本發明係關於一種金屬接合方法及其接合填料，特別是關於一種低溫接合的輕金屬接合方法及其接合填料。
目前輕金屬之接合填料，以鋁合金為例，可分為硬銲填料與奈米銀膏。
硬銲填料須在真空條件或保護氣氛下以介於580℃-600℃間的接合溫度進行金屬接合，銲材成本低(0.5~1.5NTD/g)，然而其接合溫度高，易造成接合金屬件變形，徒增銲後整形之成本，且接合溫度相當接近母材熔點，製程精準度要求高。
而奈米銀膏之接合溫度雖可在300℃以下的大氣壓力環境中進行，然而奈米銀膏之成本高昂(>100NTD/g)，成為使用上之限制。
本發明所欲解決的主要問題，係在於目前輕金屬之接合填料使用的硬銲填料與奈米銀膏分別有高溫接合的金屬件變形問題以及成本高昂的問題；而本發明即提供了一種降低成本又可進行低溫接合的金屬接合填料。
為達成上述的目的，本發明公開了一種輕金屬接合填料，其係由一溶劑均勻混合輕金屬粉末與銀粉末而形成；其中，該輕金屬粉末之粉末粒徑為微米級，該銀粉末之粉末粒徑為奈米級或次微米級；該些輕金屬粉末之密度低於5g/cm3。
在一實施例中，所述銀粉末之粒徑介於10~500nm。
在一實施例中，所述輕金屬粉末之粒徑介於5~500μm。
在一實施例中，所述銀粉末與輕金屬粉末之重量比係為銀粉末2~50wt%，輕金屬粉末50~98wt%。
在一實施例中，所述輕金屬粉末為鋁粉末。
在上述之實施例中，所述鋁粉末之粒徑介於5~500μm。
在上述之實施例中，所述銀粉末與鋁粉末之重量比係為銀粉末2~50wt%，鋁粉末50~98wt%。
本發明同時公開了一種金屬接合方法，包括：將如上所述的任一輕金屬接合填料塗佈於二待接合輕金屬件之接合處；熱壓該二待接合輕金屬件，使得該銀粉末燒結黏著於該輕金屬粉末及該二待接合輕金屬件之表面，並於該銀粉末冷凝後完成該二待接合金屬件之接合。
在一實施例中，所述低溫加熱係指攝氏200~400度之加熱方式。
在一實施例中，所述加壓裝置係在真空或大氣壓力下，對該些待接合金屬施加2~10MPa之接合壓力。
經由本發明所述金屬接合方法及其接合填料可在一般大氣壓力的環境中以低溫加熱進行金屬接合，避免接合金屬件遇高溫接合會發生的金屬件變形情形；同時利用成份比例的控制有效降低低溫接合的填料成本。
1‧‧‧金屬接合填料
2A‧‧‧第一金屬件
2B‧‧‧第二金屬件
A1‧‧‧銀粉末
A2‧‧‧輕金屬粉末
B‧‧‧溶劑
H‧‧‧加熱
P‧‧‧加壓
S1‧‧‧金屬接合方法
S11~12‧‧‧步驟
圖1為本發明所述金屬接合填料的成分示意圖；圖2A、2B為本發明所述金屬接合填料之應用示意圖；圖3為本發明所述金屬接合方法的流程步驟圖。
本發明所欲解決的主要問題，係在於目前輕金屬之接合填料使用的硬銲填料與奈米銀膏分別有高溫接合的金屬件變形問題以及成本高昂的問題；而本發明即提供了一種降低成本又可進行低溫接合的金屬接合填料。
為解決上述問題，本發明提供了一種金屬接合填料1，應用於金屬件間的接合，如圖1所示，其成分包括：其成分包括銀粉末A1、輕金屬粉末A2，以及溶劑B，該溶劑B均勻混合輕金屬粉末A2與銀粉末A1，其中，該銀粉末A1之銀粒子的粒徑尺寸為奈米級或次微米級，該輕金屬粉末A2之輕金屬粒子的粒徑尺寸為微米級，並且該些輕金屬粉末之密度低於5g/cm3。
在一實施例中，所述銀粉末A1之粒徑介於10~500nm。
在一實施例中，所述輕金屬粉末A2之粒徑介於5~500μm。
在一實施例中，所述銀粉末A1與輕金屬粉末A2之重量比係為銀粉末2~50wt%，輕金屬粉末50~98wt%。
在一實施例中，所述輕金屬粉末A2為鋁粉末。
在上述之實施例中，所述鋁粉末之粒徑介於5~500μm。
在上述之實施例中，所述銀粉末A1與鋁粉末之重量比係為銀粉末2~50wt%，鋁粉末50~98wt%。
亦即，本發明提供一種低操作溫度的金屬接合填料1，其中該金屬接合填料1係由銀粉末A1、輕金屬粉末A2(例如鋁粉)與溶劑B所構成，其中銀粉末A1之粒徑介於10nm至500nm之間，比例介於2wt%~50wt%之間；輕金屬粉末A2之粒徑介於5μm~500μm之間，比例介於50wt%~98wt%之間。其中，該溶劑B可以為醇類，特別是如松油醇等多碳數化合物，使銀粉末A1及輕金屬粉末A2能充分均勻混合。
續請參閱圖2A及圖2B，圖2A及圖2B為本發明所述金屬接合填料之應用示意圖，如圖所示，本發明適用於輕金屬之非結構件之金屬接合，例如進行第一金屬件2A(如圖式為鋁合金散熱底板)及第二金屬件2B(如圖式為鋁合金散熱鰭片)間之接合。
在應用本發明所述的金屬接合填料1進行金屬件接合時，先如圖2A所示，於第一金屬件2A(鋁合金散熱底板)與第二金屬件2B(鋁合金散熱鰭片)欲接合之接合處塗佈金屬接合填料1，接下來則是在接合第一金屬件2A與第二金屬件2B時，提供一低溫加熱H與加壓P的環境。
在此一實施例中，進行攝氏200~400度之低溫加熱，並施以2~10MPa之壓力。
亦即，透過本發明提供的金屬接合填料1進行的金屬接合，透過加熱H、加壓P程序將兩待接合金屬件(第一金屬件2A、第二金屬件2B)進行熱壓處理，待金屬接合填料1中的溶劑B汽化，使該奈米或次微米銀粉末A1到達熔點而形成表面熔融，進而與輕金屬粉末A2及待接合金屬件(第一金屬件2A、第二金屬件2B)產生黏著，而輕金屬粉末A2仍保持固體狀態，並消弭金屬粉末間之空孔；冷卻之後銀金屬凝固並接合兩待接合金屬件，即可使兩個接合金屬件形成良好的金屬結合，並具有良好的剪切強度表現。實驗數據如下列表1所示：
亦即，本發明同時公開了一種金屬接合方法S1，如圖3所示，包括：步驟S11：將輕金屬接合填料塗佈於二待接合輕金屬件之接合處；以及步驟S12：熱壓該二待接合輕金屬件，使得該銀粉 末燒結黏著於該輕金屬粉末及該二待接合輕金屬件之表面，並於該銀粉末冷凝後完成該二待接合金屬件之接合。
本發明與硬銲接合製程相比較，本發明可以用較低之接合溫度操作，較輕金屬硬銲所需之溫度低，以鋁合金接合為例，本發明之接合溫度(200~400℃)較傳統鋁合金硬銲製程溫度(>580℃)低，節省製程成本與銲後工件整形成本，且接合溫度低於母材熔點200℃以上，也不需於真空環境下操作，製程精準度要求較低，設備投資成本下降；而本發明與奈米銀膏接合製程相比，由於摻入了鋁金屬粉末，所需的材料成本(約5NTD/g)遠低於全奈米銀金屬膏之成本(>100NTD/g)。
綜上所述，本發明所公開之金屬接合方法及其接合填料可在一般大氣壓力的環境中以低溫加熱進行金屬接合，避免接合金屬件遇高溫接合會發生的金屬件變形情形；同時利用成份比例的控制有效降低低溫接合的填料成本。
上述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (9)

  1. 一種輕金屬接合填料，其係由一溶劑均勻混合輕金屬粉末與銀粉末而形成；其中，該輕金屬粉末之粉末粒徑為微米級，該銀粉末之粉末粒徑為奈米級或次微米級，所述銀粉末與所述輕金屬粉末之重量比係為銀粉末2~50wt%，輕金屬粉末50~98wt%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬接合填料，其中，所述銀粉末之粒徑介於10~500nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的金屬接合填料，其中，所述輕金屬粉末之粒徑介於5~500μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的金屬接合填料，其中，所述輕金屬粉末為鋁粉末。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的金屬接合填料，其中，所述鋁粉末之粒徑介於5~500μm。
  6. 如申請專利範圍第4或第5項所述的金屬接合填料，其中，所述銀粉末與所述鋁粉末之重量比係為銀粉末2~50wt%，鋁粉末50~98wt%。
  7. 一種輕金屬接合方法，包含：將如申請專利範圍第1至6項所述的任一輕金屬接合填料塗佈於二待接合輕金屬件之接合處；熱壓該二待接合輕金屬件，使得該銀粉末燒結黏著於該輕金屬粉末及該二待接合輕金屬件之表面，並於該銀粉末冷凝後完成該二待接合金屬件之接合。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的金屬接合方法，其中，所述低溫加熱係指攝氏200~400度之加熱方式。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的金屬接合方法，其中，所述加壓裝置係在真空或大氣壓力下，對該些待接合金屬施加2~10MPa之接合壓力。
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